Каково соотношение между расстоянием и средой выборки?


10

Пусть - выборка iid экспоненциальных случайных величин со средним значением , и пусть - статистика заказов из этого образца. Пусть .X1,…,XnβX(1),…,X(n)X¯=1n∑i=1nXi

Определить интервалыМожно показать, что каждый также экспоненциальный, со средним значением .

Wi=X(i+1)−X(i) ∀ 1≤i≤n−1.
Wiβi=βn−i

Вопрос: Как мне найти , где известно и неотрицательно?P(WiX¯>t)t

Попытка: я знаю, что это равно . Поэтому я использовал закон полной вероятности следующим образом: 1−FWi(tX¯)

P(Wi>tX¯)=1−FWi(tX¯)=1−∫0∞FWi(ts)fX¯(s)ds,

который превращается в грязный, но я думаю, что податливый интеграл.

Я на правильном пути здесь? Является ли это действительным использованием закона полной вероятности?

Другой подход может заключаться в том, чтобы посмотреть на распределение различий:

P(Wi−tX¯>0)

Или даже разбить суммы:

P(Wi−tX¯>0)=P((X(i+1)−X(i))+tn(X(1)+⋯+X(n)))

Решение экспоненциального случая было бы здорово, но еще лучше было бы какое-то общее ограничение на распределение. Или, по крайней мере, его моменты, которых было бы достаточно, чтобы дать мне неравенства Чебышева и Маркова.


Обновление: вот интеграл от первого метода:

1−∫0∞(1−exp⁡(−tsβi))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds1−∫0∞(1−exp⁡(−(n−i)tsβ))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds

Я немного поигрался с этим и не уверен, куда идти.


1
Интеграл, который вы получаете, выглядит относительно простым после распределения терминов в скобках. После изменения переменных, похоже, вы получите некоторые гамма-функции.
— Алекс Р.

@AlexR действительно так и есть, но, пройдя половину пути, я начал подозревать, что он не будет ограничен между 0 и 1. Я больше ищу подтверждение того, что я правильно решил проблему. Если я застряну с самим интегралом, я спрошу на Math.SE
— shadowtalker

Ответы:


6

Трудность, с которой вы столкнулись, заключается в том, что у вас есть событие, связанное с независимыми случайными переменными. Проблема может быть упрощена и решена путем манипулирования событием, чтобы оно сравнивало независимые приращения. Для этого сначала отметим, что для каждая статистика заказа может быть записана как:X1,...,XN∼IID Exp(β)

X(k)=β∑i=1kZin−i+1,

где (см., например, Renyi 1953, David and Nagaraja 2003). Это позволяет нам писать и мы можем записать среднее значение образца как:Z1,Z2,...,Zn∼IID Exp(1)Wk=βZk+1/(n−k)

X¯≡βn∑k=1nX(k)=βn∑k=1n∑i=1kZin−i+1=βn∑i=1n∑k=inZin−i+1=βn∑i=1nZi.

Для облегчения нашего анализа мы определяем количество:

a≡t(n−k)n−t(n−k).

Для мы имеем:a>0

P(Wk⩾tX¯)=P(Zk+1n−k⩾tn∑i=1nZi)=P(nn−k⋅Zk+1⩾t∑i=1kZi)=P((nn−k−t)Zk+1⩾t∑i≠kZi)=P((nn−k−t)Z⩾tG)=P(Z⩾aG),

где и являются независимыми случайными величинами. Для тривиального случая, когда мы имеем . Для нетривиального случая, когда мы имеем , и вероятность интереса равна:Z∼Exp(1)G∼Ga(n−1,1)t⩾n/(n−k)P(Wk⩾tX¯)=0t<n/(n−k)a>0

P(Wk⩾tX¯)=∫0∞Ga(g|n−1,1)∫ag∞Exp(z|1)dzdg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)∫ag∞exp⁡(−z)dzdg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)(1−exp⁡(ag))dg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)dg−∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−(a+1)g)dg=1−(a+1)−(n−1)=1−(1−n−kn⋅t)n−1.

Этот ответ интуитивно разумен. Эта вероятность строго уменьшается в с единичной вероятностью, когда и нулевой вероятностью, когда .tt=0t=nn−k

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.