UMVUE z


10

Niech (X1,X2,…,Xn) będzie losową próbką z gęstości

fθ(x)=θxθ−110<x<1,θ>0

Próbuję znaleźć UMVUE z θ1+θ .

Łączna gęstość (X1,…,Xn) wynosi

faθ(x1,⋯,xn)=θn(∏ja=1nxja)θ-110<x1,…,xn<1=exp⁡[(θ-1)∑ja=1nln⁡xja+nln⁡θ+ln⁡(10<x1,…,xn<1)],θ>0

Jako pdf populacji faθ należy do jednego parametru wykładniczej rodziny, co pokazuje, że całkowite wystarczające statystyczne dla θ jest

T.(X1,…,Xn)=∑ja=1nln⁡Xja

Ponieważ mi(X1)=θ1+θ , na początku pomyślałem, żeE(X1∣T)dałoby mi UMVUE zθ1+θ według twierdzenia Lehmanna-Scheffego. Nie jestem pewien, czy tego warunkowego oczekiwania można znaleźć bezpośrednio, czy też trzeba znaleźć rozkład warunkowy X1∣∑i=1nln⁡Xi.

Z drugiej strony rozważałem następujące podejście:

Mamy Xi∼i.i.dBeta(θ,1)⟹−2θln⁡Xi∼i.i.dχ22 , tak że−2θT∼χ2n2 .

Więc r th zamówienia surowego moment −2θT około zera, obliczone przy użyciu chi-kwadrat pdf to

E(−2θT)r=2rΓ(n+r)Γ(n),n+r>0

Wydaje się więc, że dla różnych wyborów całkowitych r , uzyskałbym obiektywne estymatory (i UMVUE) różnych mocy całkowitych θ . Na przykład E(−Tn)=1θ iE(1−nT)=θbezpośrednio daj mi UMVUE1θ iθ.

Teraz, gdy θ>1 mamy θ1+θ=(1+1θ)−1=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯.

Zdecydowanie mogę uzyskać UMVUE z 1θ,1θ2,1θ3 i tak dalej. Więc łącząc te UMVUE to mogę uzyskać wymaganą UMVUE zθ1+θ . Czy ta metoda jest poprawna, czy powinienem przejść do pierwszej metody? Ponieważ UMVUE jest wyjątkowy, gdy istnieje, oba powinny dać mi tę samą odpowiedź.

Mówiąc wprost, otrzymuję

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+⋯)=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

Oznacza to, że

E(∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1))=θ1+θ

Czy to możliwe, że mój wymagany UMVUE to ∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r-1) gdyθ>1?

Dla 0<θ<1 , by uzyskać sol(θ)=θ(1+θ+θ2)+⋯) , a więc UMVUE będzie się różnić.


Będąc przekonany, że warunkowa wartość oczekiwana w pierwszym podejściu nie można znaleźć bezpośrednio, a od mi(X1∣∑ln⁡Xja=t)=mi(X1∣∏Xja=mit) , miałem przystąpił do znalezienia rozkład warunkowy X1∣∏Xja . W tym celu potrzebowałem gęstości połączenia (X1,∏Xja) .

Że stosuje się zmianę zmiennych (X1,⋯,Xn)→(Y1,⋯,Yn) w taki sposób, Yja=∏jot=1jaXjot dla wszystkich ja=1,2),⋯,n . Doprowadziło to do tego, że łączne wsparcie (Y1,⋯,Yn) wynosi S={(y1,⋯,yn):0<y1<1,0<yj<yj−1 for j=2,3,⋯,n} .

Wyznacznikiem jacobian okazało się J=(∏i=1n−1yi)−1 .

Mam więc łączną gęstość (Y1,⋯,Yn) jako

fY(y1,y2,⋯,yn)=θnynθ−1∏i=1n−1yi1S.

Łączna gęstość (Y1,Yn) wynosi zatem

fY1,Yn(y1,yn)=θnynθ-1y1∫0yn-2)∫0yn-3)⋯∫0y11y3)y4...yn-1rey2)y2)⋯reyn-2)reyn-1

Czy mogę zastosować inną transformację, która sprawiłaby, że wyprowadzenie gęstości stawu byłoby mniej kłopotliwe? Nie jestem pewien, czy dokonałem tutaj poprawnej transformacji.


Na podstawie znakomite sugestii w komentarzach, to okazało się, że wspólne gęstości (U,U+V.) zamiast wspólnego gęstości (X1,∏Xja) w których U=-ln⁡X1 i V.=-∑ja=2)nln⁡Xja .

Od razu widać, że U∼Exp(θ) i V.∼Gamma(n-1,θ) są niezależne.

I rzeczywiście, U+V.∼Gamma(n,θ) .

Dla n>1 gęstość złącza (U,V.) wynosi

faU,V.(u,v)=θmi-θu1u>0θn-1Γ(n-1)mi-θvvn-2)1v>0

Zmieniając zmienne, otrzymałem łączną gęstość (U,U+V.) jako

faU,U+V.(u,z)=θnΓ(n-1)mi-θz(z-u)n-2)10<u<z

Zatem gęstość warunkowa U∣U+V.=z wynosi

faU∣U+V.(u∣z)=(n-1)(z-u)n-2)zn-110<u<z

Teraz moja UMVUE jest dokładnie mi(mi-U∣U+V.=z)=mi(X1∣∑ja=1nln⁡Xja=-z) , jak wspomniał już na początku tego postu.

Pozostaje więc tylko znaleźć

mi(mi-U∣U+V.=z)=n-1zn-1∫0zmi-u(z-u)n-2)reu

Ale ta ostatnia całka ma zamkniętą formę pod względem niepełnej funkcji gamma według Mathematiki i zastanawiam się, co teraz zrobić.


Powinieneś przejść do pierwszej metody, znajdując rozkład warunkowy , z którą formą wystarczającej statystyki można łatwiej korzystać w tej aplikacji. X[1]|∏Xja
— jbowman

1
W punkcie (wcześnie), w którym wprowadzasz , powinieneś myśleć o pracy w kategoriach zmiennych Y i = - log X i . Jest prawie natychmiastowe, że są one proporcjonalne do rozkładów Γ ( 1 ) , co szybko redukuje problem do rozważenia wspólnego rozkładu ( U , U + V ), gdzie U ∼ Γ ( 1 ) i V ∼ Γ ( n - 1 ) .T.Yja=-log⁡Xja.Γ(1)(U,U+V.)U∼Γ(1)V.∼Γ(n-1). Skróci to pozostałe dwie strony matematyki i zapewni szybką drogę do rozwiązania.
— whuber

@whuber być jasne, co sugeruje, że są można znaleźć gęstości pierwszy i tym znaleźć gęstości ( X 1 , Π X i ) ? Zauważyłem, że - ln X i S”są zmiennymi wykładniczy ze stopą θ (który jest również zmienna Gamma jak mówisz), ale nie myślał o pracy z tym. (-ln⁡X1,-ln⁡X1-∑ja=2)nln⁡Xja)(X1,∏Xja)-ln⁡Xjaθ
— StubbornAtom

1
@whuber Ale jak dostanę z E ( ln X 1 | . . . ) bezpośrednio? mi(X1∣...)mi(ln⁡X1∣...)
— StubbornAtom

1
@whuber Proszę spojrzeć na moją edycję. Prawie to zrobiłem, ale nie jestem pewien, co zrobić z tą całką. Jestem dość pewny, że moje obliczenia są prawidłowe.
— StubbornAtom

Odpowiedzi:


5

Okazuje się, że oba podejścia (moja pierwsza próba i inne oparte na sugestiach w sekcji komentarzy) w moim oryginalnym poście dają tę samą odpowiedź. Przedstawię tutaj obie metody, aby uzyskać pełną odpowiedź na pytanie.

Tutaj oznacza gęstość gamma f ( y ) = θ nGamma(n,θ)gdzieθ,n>0iExp(θ)oznaczają rozkład wykładniczy ze średnią1/θ, (θ>0). Oczywiście Exp(θ)≡Gamma(1,θ).fa(y)=θnΓ(n)mi-θyyn-11y>0θ,n>0Exp(θ)1/θθ>0Exp(θ)≡Gamma(1,θ)

Ponieważ jest całkowicie wystarczające dla θ i E ( X 1 ) = θT.=∑ja=1nln⁡Xjaθ , według twierdzenia Lehmanna-Scheffego E(X1∣T)jest UMVUE dlaθmi(X1)=θ1+θmi(X1∣T.) . Musimy więc znaleźć to warunkowe oczekiwanie.θ1+θ

Zauważamy, że .Xja∼iidBeta(θ,1)⟹-ln⁡Xja∼iidExp(θ)⟹-T.∼Gamma(n,θ)

Metoda I:

Niech i V = - ∑ n i = 2 ln X i , aby U i V były niezależne. Rzeczywiście, U ∼ Exp ( θ ) i V ∼ Gamma ( n - 1 , θ ) , co oznacza U + V ∼ Gamma ( n , θ ) .U=-ln⁡X1V.=-∑ja=2)nln⁡XjaUV.U∼Exp(θ)V.∼Gamma(n-1,θ)U+V.∼Gamma(n,θ)

Tak więc, .mi(X1∣∑ja=1nln⁡Xja=t)=mi(mi-U∣U+V.=-t)

Teraz możemy znaleźć rozkład warunkowego .U∣U+V.

Dla i θ > 0 , wspólne Gęstość ( U , V ) jestn>1θ>0(U,V.)

faU,V.(u,v)=θmi-θu1u>0θn-1Γ(n-1)mi-θvvn-2)1v>0=θnΓ(n-1)mi-θ(u+v)vn-2)1u,v>0

Zmieniając zmienne, natychmiastowe jest, że łączna gęstość wynosi f U , U + V ( u , z ) = θ n(U,U+V.)

faU,U+V.(u,z)=θnΓ(n-1)mi-θz(z-u)n-2)10<u<z

Niech jest gęstość U + V . Zatem gęstość warunkowa U ∣ U + V = z wynosi f U ∣ U + V ( u ∣ z )faU+V.(⋅)U+V.U∣U+V.=z

faU∣U+V.(u∣z)=faU,U+V.(u,z)faU+V.(z)=(n-1)(z-u)n-2)zn-110<u<z

Dlatego .mi(mi-U∣U+V.=z)=n-1zn-1∫0zmi-u(z-u)n-2)reu

Oznacza to, że UMVUE od to E ( X 1 ∣ T ) = n - 1θ1+θ(1)mi(X1∣T.)=n-1(-T.)n-1∫0-T.mi-u(-T.-u)n-2)reu

Metoda II:

Ponieważ jest kompletnym wystarczające Statystyka dla θ , każdy nieobciążonym estymatorem θT.θ która jest funkcjąT,będzie UMVUE zθθ1+θT. według twierdzenia Lehmanna-Scheffego. Tak więc przystępujemy do znajdowania momentów-T, których rozkład jest nam znany. Mamy,θ1+θ-T.

mi(-T.)r=∫0∞yrθnmi-θyyn-1Γ(n)rey=Γ(n+r)θrΓ(n),n+r>0

Za pomocą tego równania otrzymujemy obiektywne estymatory (i UMVUE) dla każdej liczby całkowitej r ≥ 1 .1/θrr≥1

Teraz dla mamy θθ>1θ1+θ=(1+1θ)-1=1-1θ+1θ2)-1θ3)+⋯

Łącząc obiektywne estymatory otrzymujemy E ( 1 + T1/θr

mi(1+T.n+T.2)n(n+1)+T.3)n(n+1)(n+2))+⋯)=1-1θ+1θ2)-1θ3)+⋯

Oznacza to, że

mi(∑r=0∞T.rn(n+1)...(n+r-1))=θ1+θ

Zakładając, że , UMVUE z θθ>1θ1+θ(2)sol(T.)=∑r=0∞T.rn(n+1)...(n+r-1)


0<θ<1

(1)(2))n(n+1)(n+2)...(n+r−1)n(n+1)(n+2)...(n+r−1)=Γ(n+r)Γ(n)(1)(2)

(1)(2)


(1)(2)e−u(2)

1

Myślę, że możemy uzyskać bardziej zwięzłą odpowiedź, do której nawiązałeś w odniesieniu do górnej niekompletnej funkcji gamma. Za pomocą pierwszej metody znalazłem wyrażenie

mi[X1|X1X2)⋯Xn=miT.]=(n-1)∫01zr(1-r)n-zrer,
z=miT..

mi[X1|X1X2)⋯Xn=miT.]=miT.(n-1)T.n-1[(n-2))!-Γ(n-1,T.)]

n

Γ(n-1,T.)=Γ(n-1)miT.∑jot=0n-2)T.jotjot!

Przekształcamy oczekiwania i upraszczamy, znajdujemy

mi[X1|X1X2)⋯Xn=miT.]=Γ(n)T.n-1[miT.-∑jot=0n-2)T.jotjot!]

(1)(2))n=2)n=3)(1)


E⁡[X1∣x1x2⋯xn=eT],E⁡[X1∣X1X2⋯Xn=eT].
— Michael Hardy,
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.