Oczekiwana wartość logarytmu naturalnego


22

Wiem E(aX+b)=aE(X)+b z , b stałych, więc podane E ( X ) , to łatwo rozwiązać. Wiem również, że nie można tego zastosować, gdy jest to funkcja nieliniowa, jak w tym przypadku E ( 1 / X ) ≠ 1 / E ( X ) , i aby to rozwiązać, muszę dokonać aproksymacji z Taylor's. Więc moje pytanie brzmi: w jaki sposób mogę rozwiązać E ( lna,bE(X)E(1/X)≠1/E(X) ?? czy zbliżam się również do Taylora?E(ln⁡(1+X))


4
Tak, w takim przypadku możesz zastosować metodę delta.
— Michael R. Chernick

5
Powinieneś także przyjrzeć się nierówności Jensena.
— kjetil b halvorsen

Odpowiedzi:


27

Na papierze

YW Teh, D. Newman i M. Welling (2006), A Collapsesed Variational Bayesian Inference Algorytm for Latent Dirichlet Allocation , NIPS 2006 , 1353–1360.

drugiego rzędu rozwinięcie Taylora wokół oznacza przybliżenie E [ log ( x ) ] :x0=E[x]E[log⁡(x)]

E[log⁡(x)]≈log⁡(E[x])−V[x]2E[x]2.

To przybliżenie wydaje się działać całkiem dobrze w przypadku ich zastosowania.

Lekkie zmodyfikowanie tego, aby dopasować do pytania, daje liniowość oczekiwań,

E[log⁡(1+x)]≈log⁡(1+E[x])−V[x]2(1+E[x])2.

Może się jednak zdarzyć, że lewa lub prawa strona nie istnieje, podczas gdy druga istnieje, dlatego należy zachować ostrożność przy stosowaniu tego przybliżenia.


3
Co ciekawe, można go użyć do uzyskania przybliżenia funkcji digamma.
— prawdopodobieństwo prawdopodobieństwa

6

Ponadto, jeśli nie potrzebujesz dokładnego wyrażenia dla , często granica wynikająca z nierówności Jensena jest wystarczająca: log [ E ( X ) + 1 ] ≥ E [ log ( X + 1 ) ]E[log⁡(X+1)]

log⁡[E(X)+1]≥E[log⁡(X+1)]

chciałem tylko dodać: jeśli nie jest możliwe bezpośrednie obliczenie, a patrzysz na pojedynczą zmienną , nierówność Jensen dotyczy jedynej opcji, aby uzyskać jakikolwiek użyteczny wynik. podczas gdy sugerowane przybliżenie Taylora może rzeczywiście działać w praktyce, nie ma teoretycznego uzasadnienia, które można by wykorzystać do uzasadnienia usunięcia pozostałych terminów. (powiedziawszy to: należy pamiętać, że nieskończenie taylorowa seria ln (1 + x) i tak zbiega się tylko w promieniu | x | <1).)X
— chRrr

Myślę, że powinno być ponieważ kłoda jest wklęsła. ≥log
— Deep North

5

Załóżmy, że ma gęstość prawdopodobieństwa f X . Zanim zaczniesz aproksymację, pamiętaj, że dla dowolnej mierzalnej funkcji g możesz udowodnić, że E [ g ( X ) ] = ∫ g ( X )XfXg w tym sensie, że jeśli pierwsza całka istnieje, to również druga i mają tę samą wartość.

E[g(X)]=∫g(X)dP=∫−∞∞g(x)fX(x)dx,

1
Jeśli druga całka istnieje. Nie musi. Weź dystrybucję Cauchy isol(x)=x2).
— mpiktas

Dodałbym drugą warstwę pedanterii, mówiąc, że naprawdę potrzebujesz mi[|sol(X)|]<∞aby oczekiwania były dobrze określone.
— prawdopodobieństwo prawdopodobieństwa

2
@mpiktas - To oczekiwanie faktycznie istnieje, ale jest nieskończone. Lepszym przykładem jestsol(x)=xdla dystrybucji Cauchy'ego. Oczekiwanie to zależy od tego, jak dolna i górna granica integracji zmierza do nieskończoności.
— probabilityislogic

2
@prob: Nie, nie potrzebujesz tego warunku w pierwszym komentarzu, a nawet w sytuacji, która może być bardzo istotna dla tego pytania! (+1 do twojego drugiego komentarza, który również chciałem skomentować.)
— kardynał

2
@prob: It is sufficient, but if you compare your first comment to your second one, you'll see why it's not necessary! :-)
— cardinal

4

There are two usual approaches:

  1. If you know the distribution of X, you may be able to find the distribution of ln⁡(1+X) and from there find its expectation; alternatively you may be able to use the law of the unconscious statistician directly (that is, integrate ln⁡(1+x)fX(x) over the domain of x).

  2. As you suggest, if you know the first few moments you can compute a Taylor approximation.

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.