Сумма коэффициентов полиномиального распределения


10

Я бросаю честный кубик. Всякий раз, когда я получаю 1, 2 или 3, я записываю «1»; всякий раз, когда я получаю 4, я записываю '2'; всякий раз, когда я получаю 5 или 6, я записываю «3».

Пусть будет общим количеством бросков, которое мне нужно, чтобы произведение всех чисел, которые я записал, было . Я хочу вычислить (или приблизительный) , и приближение может быть дано как функция нормального распределения.N≥100000P(N≥25)

Во-первых, я знаю, что потому что \ log_3 100.000 \ приблизительно 10.48 . Теперь пусть a , b и c - количество раз, которое я записал 1, 2 и 3 соответственно. Затем:P(N≥11)=1log3⁡100.000≈10.48abc

P(a,b,c∣n)={(na,b,c)(12)a(16)b(13)c if a+b+c=n0 otherwise

То, что я хочу рассчитать, это:

P(a+b+c≥25∣2b3c≥100000)

Как мне рассчитать это?

--РЕДАКТИРОВАТЬ:

Поэтому было предложено заменить это условие на:

P(a+b+c≥25∣αa+βb+γc≥δ)

где , , и .β = log 2 γ = log 3 δ = log 100000α=0β=log⁡2γ=log⁡3δ=log⁡100000

Это выглядит более разрешимым! Я, к сожалению, до сих пор не знаю, как это решить.


2
+1 Эта проблема может показаться немного более знакомой и более подходящей для более приближенных решений, если вы напишите условие в форме где и . α = 0 , β = log ( 2 ) , γ = log ( 3 ) , δ = log ( 100000 )αa+βb+γc≥δα=0,β=log⁡(2),γ=log⁡(3),δ=log⁡(100000)
— whuber

Я добавил этот новый способ написания условия, но, к сожалению, до сих пор не имею ни малейшего понятия, как это решить!
— Педро Карвалью

Еще один намек на то, что если есть вхождений '2', вы остановитесь. Таким образом, вы можете аппроксимировать это отрицательным биномом с параметрами и (также с и ). Точный ответ также выполним, так как комбинаций не так много. Кроме того, условие не является точным - необходимо указать, что «2» или «3» были записаны в й бросок17 0,5 11 1 / 3 Н17170.5111/3N
— вероятностная

Ответы:


1

Настоящий вопрос представляет собой особый случай, когда вы имеете дело с величиной, которая является линейной функцией полиномиальной случайной величины. Можно точно решить вашу проблему, перечислив полиномиальные комбинации, которые удовлетворяют требуемому неравенству, и суммируя распределение по этому диапазону. В случае, когда велико, это может стать невозможным в вычислительном отношении. В этом случае можно получить приближенное распределение, используя нормальное приближение к многочлену. Обобщенная версия этого приближения показана ниже, а затем применяется к вашему конкретному примеру.N


Задача общего приближения. Предположим, у нас есть последовательность заменяемых случайных величин с диапазоном . Для любого мы можем сформировать вектор счета , который подсчитывает число вхождения каждого исхода в первые значений последовательности. Поскольку базовая последовательность является заменяемой, вектор счета распределяется как:n ∈ N X ≡ X ( n ) ≡ ( X 1 , X 21,2,...,mn∈NпX≡X(n)≡(X1,X2,...,Xm)n

X ~ Mu(n,θ)θ=limn→∞X(n)/n.

Теперь предположим, что у нас есть некоторый вектор неотрицательных весов и мы используем эти веса для определения линейной функции:w=(w1,w2,...,wm)

A(n)≡∑i=1mwiXi.

Поскольку веса неотрицательны, эта новая величина не уменьшается по . Затем мы определяем число , которое является наименьшим числом наблюдений, необходимых для получения определенного минимального значения для нашей линейной функции. Мы хотим приблизить распределение в случае, когда это значение (стохастически) велико.N ( a ) ≡ min { n ∈ N | A ( n ) ⩾ a }nN(a)≡min{n∈N|A(n)⩾a}N(a)


Решение проблемы общей аппроксимации. Во-первых, отметим, что, поскольку не уменьшается по (что верно, поскольку мы предположили, что все веса неотрицательны), имеем:nA(n)n

P(N(a)⩾n)=P(N(a)>n−1)=P(A(n−1)<a).

Следовательно, распределение непосредственно связано с распределением . Предполагая, что первая величина велика, мы можем приблизить распределение последней, заменив дискретный случайный вектор непрерывным приближением из многомерного нормального распределения. Это приводит к нормальному приближению для линейного количества , и мы можем непосредственно вычислить моменты этой величины. Для этого мы используем тот факт, что , и для . С некоторой базовой алгеброй это дает нам:Х ( п ) Е ( Х я ) = п θ я В ( Х я ) = п θ я ( 1 - θ я ) С ( Х я , Х J ) = - п θ я θ J я ≠ JNAXA(n)E(Xi)=nθiV(Xi)=nθi(1−θi)C(Xi,Xj)=−nθiθji≠j

μ≡E(1nA(n))=∑i=1mwiθi,

σ2≡V(1nA(n))=∑i=1mwiθi−(∑i=1mwiθi)2=μ(1−μ).

Принятие нормального приближения к полиному дает теперь приблизительное распределение . Применение этого приближения дает:A(n) ~ N(nμ,nμ(1−μ))

P(N(a)⩾n)=P(A(n−1)<a)≈Φ(a−(n−1)μ(n−1)μ(1−μ)).

(Символ является стандартным обозначением для стандартной функции нормального распределения.) Можно применить это приближение, чтобы найти вероятности, относящиеся к величине для заданного значения . Это базовое приближение, которое не пыталось включить коррекцию непрерывности на значения базовых значений многочленного счета. Его получают, взяв нормальное приближение, используя те же первые два центральных момента, что и точную линейную функцию.N ( a ) aΦN(a)a


Применение к вашей проблеме: в вашей задаче у вас есть вероятности , веса и предельное значение . Поэтому у вас есть (округление до шести десятичных знаков) . Применяя вышеприведенное приближение, мы имеем (округление до шести десятичных знаков):w=(0,ln2,ln3)a=ln100000μ=1θ=(12,16,13)w=(0,ln⁡2,ln⁡3)a=ln⁡100000μ=16ln⁡2+13ln⁡3=0.481729

P(N(a)⩾25)≈Φ(ln⁡100000−24⋅0.48172924⋅0.499666)=Φ(−0.019838)=0.492086.

Используя точное полиномиальное распределение, суммируя по всем комбинациям, удовлетворяющим требованию , можно показать, что точный результат равен . Следовательно, мы можем видеть, что приближение довольно близко к точному ответу в данном случае.Р ( Н ( ) ⩾ 25 ) = 0,483500P(A(24)<a)P(N(a)⩾25)=0.483500

Надеемся, что этот ответ даст вам ответ на ваш конкретный вопрос, а также поместит его в более общие рамки вероятностных результатов, которые применяются к линейным функциям полиномиальных случайных векторов. Настоящий метод должен позволить вам получить приблизительные решения проблем общего типа, с которыми вы сталкиваетесь, с учетом изменения конкретных чисел в вашем примере.


0

Давайте сделаем нормальное приближение.

Во-первых, давайте полностью перефразируем вашу проблему в журналах. Вы начинаете с 0 в момент времени t = 0. Затем на каждом временном шаге вы добавляете:

  • 0 с вероятностью 1/2

  • log⁡(2) с вероятностью 1/6

  • log⁡(3) с вероятностью 1/3

Вы останавливаете этот процесс, когда ваша сумма превышает в этот момент вы смотрите, сколько бросков вы сделали. Количество бросков, которое потребовалось вам, чтобы достичь этой точки, равно ^Nlog⁡(105)N

Мой калькулятор сообщает мне, что среднее значение ваших приращений составляет: а дисперсия . Для справки, конечная точка находится на отметке поэтому мы доберемся до него примерно за 24 шага.≈ 0,25 ≈ 11,51≈0.48≈0.25≈11.51

При условии, что мы сделали 25 шагов, распределение суммы примерно равно гауссову с центром в 12,0 и с дисперсией 6,25. Это дает нам грубое гауссовское приближениеp(N≥25)≈0.5

Вам нужно взглянуть на кумулянты суммы при N = 25, чтобы узнать, является ли гауссовское приближение нормальным. Учитывая, что приращения не симметричны, приближение может быть не лучшим


1
Можете ли вы завершить вывод для меня? Мне трудно это увидеть. Кроме того, нет точного способа рассчитать его?
— Педро Карвалью

1
Разве вы не имеете в виду «log (2)» и «log (3)», где у вас есть log (1) и log (2)?
— Glen_b

@GuillaumeDehaene писал: .... По моим расчетам, что сильно отличается от 0,5P ( N ≥ 25 ) = 1 - P ( N ≤ 24 ) = 1 - 1127291856633071p(N≥25)≈0.5P(N≥25)=1−P(N≤24)=1−11272918566330716499837226778624≈0.8266
— волки

как вы получаете P (n \ leq24) \ около 0,18?
— Гийом Дехен
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.