Dla jakich rozkładów brak korelacji oznacza niezależność?


11

Czczone przypomnienie w statystykach brzmi: „nieskorelowanie nie oznacza niezależności”. Zazwyczaj to przypomnienie jest uzupełniane kojącym psychologicznie (i naukowo poprawnym) stwierdzeniem „kiedy jednak te dwie zmienne są wspólnie normalnie rozmieszczone , wówczas nieskorelacja implikuje niezależność”.

Mogę zwiększyć liczbę szczęśliwych wyjątków z jednego do dwóch: kiedy dwie zmienne są rozkładem Bernoulliego , to znowu nieskorelacja implikuje niezależność. Jeśli i są dwoma Bermoulli rv, , dla których mamy , i analogicznie dla ich kowariancja wynosiXYX∼B(qx),Y∼B(qy)P(X=1)=E(X)=qxY

Cov⁡(X,Y)=E(XY)−E(X)E(Y)=∑SXYp(x,y)xy−qxqy

=P(X=1,Y=1)−qxqy=P(X=1∣Y=1)P(Y=1)−qxqy

=(P(X=1∣Y=1)−qx)qy

W przypadku braku korelacji wymagamy, aby kowariancja była równa zero

Cov⁡(X,Y)=0⇒P(X=1∣Y=1)=P(X=1)

⇒P(X=1,Y=1)=P(X=1)P(Y=1)

co jest warunkiem koniecznym do niezależności zmiennych.

Więc moje pytanie brzmi: czy znasz jakieś inne rozkłady (ciągłe lub dyskretne), dla których nieskorelowanie oznacza niezależność?

Znaczenie: Załóżmy, że dwie zmienne losowe które mają rozkłady krańcowe, które należą do tego samego rozkładu (być może z różnymi wartościami parametrów rozkładu), ale powiedzmy z tym samym wsparciem np. dwa wykładnicze, dwa trójkątne itp. Czy wszystkie rozwiązania równania są takie, że implikują również niezależność, z uwagi na formę / właściwości zaangażowanych funkcji rozkładu? Tak jest w przypadku normalnych marginesów (biorąc pod uwagę, że mają one dwuwymiarowy rozkład normalny), a także marginesów Bernoulliego - czy są jeszcze jakieś inne przypadki?X,YCov⁡(X,Y)=0

Motywacja jest tutaj taka, że ​​zwykle łatwiej jest sprawdzić, czy kowariancja wynosi zero, w porównaniu do sprawdzenia, czy zachodzi niezależność. Jeśli więc, biorąc pod uwagę rozkład teoretyczny, sprawdzając kowariancję, sprawdzasz także niezależność (jak ma to miejsce w przypadku Bernoulliego lub normalnym przypadku), dobrze byłoby wiedzieć.
Jeśli otrzymamy dwie próbki z dwóch rv, które mają normalne marginesy, wiemy, że jeśli możemy statystycznie wnioskować z próbek, że ich kowariancja wynosi zero, możemy również powiedzieć, że są one niezależne (ale tylko dlatego, że mają normalne marginesy). Przydałoby się wiedzieć, czy moglibyśmy dojść do podobnego wniosku w przypadkach, w których dwa pojazdy miały marginesy należące do innej dystrybucji.


Logicznie rzecz biorąc, nie ma tutaj pytania: weź dowolną parę zmiennych niezależnych jako rozkład. Niezależnie od tego, czy są ze sobą skorelowane, są niezależne od fiat ! Naprawdę musisz dokładniej określić, co rozumiesz przez „dystrybucję” i jakie odpowiedzi będą dla Ciebie przydatne.
— whuber

@whuber Nie rozumiem twojego komentarza. I zacząć od uncorrelatedness i zapytać: „czy mogę udowodnić, że są nieskorelowane, gdy ma to oznaczać, że są one również niezależne”? Ponieważ dwa wyniki podane w pytaniu zależą od tego, że rv ma określony rozkład (normalny lub Bernoulli), pytam „czy istnieje jakikolwiek inny znany rozkład, dla którego, jeśli dwie zmienne następują po nim, wyniki są zachowane”?
— Alecos Papadopoulos

3
Weź dowolne dwie niezależne zmienne i niech będzie ich rozkładem. jest prawidłową odpowiedzią na twoje pytanie. Zauważ, że prosisz o udowodnienie warunku, który z definicji jest prawdziwy, ilekroć konsekwencja jest prawdziwa, bez względu na to, jaka może być wartość prawna jego poprzednika. Zatem, zgodnie z podstawowymi zasadami logiki, wszystkie rozkłady zmiennych niezależnych są odpowiedziami na twoje pytanie. X,YFF
— whuber

@ Whuber, masz oczywiście rację. Dodałem tekst związany z motywacją tego pytania, które - mam nadzieję - wyjaśnia moją motywację.
— Alecos Papadopoulos

2
Z jakimi informacjami zaczniesz przy podejmowaniu tej decyzji? Na podstawie sformułowania twojego przykładu wydaje się, że masz marginalny pdf dla każdej zmiennej i informację, że każda para zmiennych jest nieskorelowana. Następnie decydujesz, czy są one również niezależne. Czy to jest dokładne?
— Prawdopodobieństwo jest

Odpowiedzi:


9

„Niemniej jednak, jeśli dwie zmienne są normalnie rozmieszczone, wówczas nieskorelacja implikuje niezależność” jest bardzo powszechnym błędem .

Ma to zastosowanie tylko wtedy, gdy są wspólnie dystrybuowane normalnie.

Kontrprzykład, który najczęściej widziałem, to normalny i niezależny Rademacher (więc jest to 1 lub -1 z prawdopodobieństwem 0,5 dla każdego); wtedy jest również normalne (jasne, biorąc pod uwagę jego funkcję dystrybucji), nazwa (problemem tutaj jest pokazanie np. przez iterację oczekiwania na i zauważając, że to lub z prawdopodobieństwem 0,5 każdego) i jasne jest, że zmienne są zależne (np. Jeśli znam to albo lub , więc informacja oX∼N(0,1)YZ=XYCov⁡(X,Z)=0E(XZ)=0YXZX2−X2X>2Z>2Z<−2Xdaje mi informacje o ). Z

Warto również pamiętać, że rozkłady krańcowe nie jednoznacznie określają rozkład połączeń. Weź dowolne dwa prawdziwe RV i z marginalnymi CDF i . Następnie dla dowolnego funkcja:XYFX(x)GY(y)α<1

HX,Y(x,y)=FX(x)GY(y)(1+α(1−FX(x))(1−FY(y)))

będzie dwuwymiarowym CDF. (Aby uzyskać krańcowy z weź limit, gdy idzie do nieskończoności, gdzie dla ) Oczywiście, wybierając różne wartości z można uzyskać różne wspólne rozkłady!FX(x)HX,Y(x,y)yFY(y)=1Yα


W rzeczy samej. Zapomniałem „wspólnego”.
— Alecos Papadopoulos

1
@Alecos Skoro rozkłady krańcowe nie determinują ogólnie podziału wspólnego (właśnie zredagowałem moją odpowiedź, aby to wyjaśnić), gdzie to pozostawia twoje pytanie?
— Silverfish,

1
@Alecos Wydaje mi się, że lepiej rozumiem istotę pytania: biorąc pod uwagę dwa rozkłady krańcowe, istnieje nieskończony zestaw możliwych rozkładów połączeń. W jakich okolicznościach narzucenie warunku zerowej kowariancji pozostawia nam tylko jeden z tych wspólnych rozkładów, wciąż możliwy, a mianowicie ten, w którym zmienne losowe są niezależne?
— Silverfish,

1
Jeśli trzymam się dwuwymiarowego przypadku, ze wspólnym MGF i marginalnym MGF i , pytanie brzmi: kiedy oznacza, że ? MX,Y(s,t)MX(s)=MX,Y(s,0)MY(t)=MX,Y(0,t)MX,Y(s,t)=MX,Y(s,0)⋅MX,Y(0,t)∂2∂s∂tMX,Y(s,t)|s=0,t=0=∂∂sMX,Y(s,t)|s=0,t=0⋅∂∂tMX,Y(s,t)|s=0,t=0MX,Y(s,t)=MX,Y(s,0)⋅MX,Y(0,t)
— Silverfish,

2
@Silverman Chciałbym sprawdzić koncepcję niezależności , en.wikipedia.org/wiki/Subindependence , aby zobaczyć, czy problem ten można sformułować w kategoriach funkcji generowania momentu.
— Alecos Papadopoulos
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.