UMVUE при выборке из популяции


10

Пусть - случайная выборка из плотности(X1,X2,,Xn)

fθ(x)=θxθ110<x<1,θ>0

Я пытаюсь найти UMVUE .θ1+θ

Совместная плотность является(X1,,Xn)

fθ(x1,,xn)=θn(i=1nxi)θ110<x1,,xn<1=exp[(θ1)i=1nlnxi+nlnθ+ln(10<x1,,xn<1)],θ>0

Поскольку совокупность pdf относится к семипараметрическому экспоненциальному семейству, это показывает, что полной достаточной статистикой для являетсяfθθ

T(X1,,Xn)=i=1nlnXi

Так как , на первый взгляд даст мне UMVUE от Теорема Лемана-Шеффе. Не уверен, можно ли найти это условное ожидание напрямую или нужно найти условное распределение .E(X1)=θ1+θE(X1T)θ1+θX1i=1nlnXi

С другой стороны, я рассмотрел следующий подход:

У нас есть , так что .Xii.i.dBeta(θ,1)2θlnXii.i.dχ222θTχ2n2

Таким образом , необработанный момент го порядка около нуля, рассчитанный с использованием pi-хи-квадрата:r2θT

E(2θT)r=2rΓ(n+r)Γ(n),n+r>0

Таким образом, кажется, что для разных целочисленных вариантов я бы получил объективные оценки (и UMVUE) с разными целочисленными степенями . Например, и прямо дайте мне UMVUE и соответственно.rθE(Tn)=1θE(1nT)=θ1θθ

Теперь, когда мы имеем .θ>1θ1+θ=(1+1θ)1=11θ+1θ21θ3+

Я определенно могу получить UMVUE и так далее. Таким образом, комбинируя эти UMVUE, я могу получить требуемое UMVUE из . Этот метод действителен или я должен продолжить с первым методом? Поскольку UMVUE уникален, когда он существует, оба должны дать мне один и тот же ответ.1θ,1θ2,1θ3θ1+θ

Чтобы быть точным, я получаю

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+)=11θ+1θ21θ3+

То есть

E(r=0Trn(n+1)...(n+r1))=θ1+θ

Возможно ли, что мое требуемое UMVUE - это когда ?r=0Trn(n+1)...(n+r1)θ>1

Для я бы получил , и поэтому UMVUE будет отличаться.0<θ<1g(θ)=θ(1+θ+θ2+)


Убедившись, что условное ожидание в первом подходе не может быть найдено напрямую, и, поскольку , я продолжил найти условное распределение . Для этого мне понадобилась плотность соединения .E(X1lnXi=t)=E(X1Xi=et)X1Xi(X1,Xi)

Я использовал замену переменных , что для всех , Это привело к совместной поддержке : .(X1,,Xn)(Y1,,Yn)Yi=j=1iXji=1,2,,n(Y1,,Yn)S={(y1,,yn):0<y1<1,0<yj<yj1 for j=2,3,,n}

Определитель якобиана оказался .J=(i=1n1yi)1

Таким образом, я получил объединенную плотность как(Y1,,Yn)

fY(y1,y2,,yn)=θnynθ1i=1n1yi1S

Следовательно, объединенная плотность(Y1,Yn)

fY1,Yn(y1,yn)=θnynθ1y10yn20yn30y11y3y4...yn1dy2y2dyn2dyn1

Могу ли я использовать другое преобразование, которое сделало бы вывод плотности соединения менее громоздким? Я не уверен, что принял правильное преобразование здесь.


Основываясь на некоторых превосходных предложениях в разделе комментариев, я нашел объединенную плотность вместо общей плотности где и .(U,U+V)(X1,Xi)U=lnX1V=i=2nlnXi

Сразу видно, что и независимы.UExp(θ)VGamma(n1,θ)

И действительно, .U+VGamma(n,θ)

Для плотность соединений равнаn>1(U,V)

fU,V(u,v)=θeθu1u>0θn1Γ(n1)eθvvn21v>0

Изменяя переменные, я получил плотность соединения как(U,U+V)

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n1)eθz(zu)n210<u<z

Итак, условная плотность равнаUU+V=z

fUU+V(uz)=(n1)(zu)n2zn110<u<z

Теперь мое UMVUE точно , как я уже упоминал в начале этого поста.E(eUU+V=z)=E(X1i=1nlnXi=z)

Так что все, что осталось сделать, это найти

E(eUU+V=z)=n1zn10zeu(zu)n2du

Но этот последний интеграл имеет замкнутую форму с точки зрения неполной гамма-функции в соответствии с Mathematica , и мне интересно, что теперь делать.


Вы должны приступить к первому методу, найдя условное распределение , с какой формой достаточной статистики легче работать в этом приложении. X[1]|Xi
jbowman

1
В точке (в начале), где вы вводите вы должны работать с точки зрения переменныхПочти сразу же они пропорциональны , что быстро сводит вашу проблему к рассмотрению совместного распределения где и Это позволит сократить оставшиеся две страницы математики и даст вам быстрый путь к решению. Y i = - log X i . Γ ( 1 ) ( U , U + V ) U Γ ( 1 ) V Γ ( n - 1 ) .TYi=logXi.Γ(1)(U,U+V)UΓ(1)VΓ(n1).
whuber

@whuber Чтобы было ясно, вы предлагаете мне сначала найти плотность а затем найти плотность ? Я заметил, что - экспоненциальные переменные со скоростью (которая, как вы говорите, также является гамма-переменной), но не думал о работе с этим. ( Х 1 , Π X я ) - пер Й я θ(lnX1,lnX1i=2nlnXi)(X1,Xi)lnXiθ
StubbornAtom

1
@whuber Но как мне получить от напрямую? E ( пер X 1 | . . . )E(X1...)E(lnX1...)
StubbornAtom

1
@whuber Пожалуйста, посмотрите на мои изменения. Я почти сделал это, но не уверен, что делать с этим интегралом. Я довольно уверен, что мои расчеты верны.
StubbornAtom

Ответы:


5

Оказывается, что оба подхода (моя первоначальная попытка и другой, основанный на предложениях в разделе комментариев) в моем исходном посте дают один и тот же ответ. Я опишу оба метода здесь для полного ответа на вопрос.

Здесь означает гамма-плотность где и обозначают экспоненциальное распределение со средним значением , ( ). Ясно, что .f ( y ) = θ nGamma(n,θ)f(y)=θnΓ(n)eθyyn11y>0θ,n>0Exp(θ)1/θθ>0Exp(θ)Gamma(1,θ)

Поскольку вполне достаточно для и , по теореме Лемана-Шеффа - это UMVUE . Таким образом, мы должны найти это условное ожидание.T=i=1nlnXiθE(X1)=θ1+θE(X1T)θ1+θ

Отметим, что .Xii.i.dBeta(θ,1)lnXii.i.dExp(θ)TGamma(n,θ)

Метод I:

Пусть и , так что и независимы. Действительно, и , подразумевая .U=lnX1V=i=2nlnXiUVUExp(θ)VGamma(n1,θ)U+VGamma(n,θ)

Итак, .E(X1i=1nlnXi=t)=E(eUU+V=t)

Теперь мы находим условное распределение .UU+V

Для и плотность соединения равнаn>1θ>0(U,V)

fU,V(u,v)=θeθu1u>0θn1Γ(n1)eθvvn21v>0=θnΓ(n1)eθ(u+v)vn21u,v>0

Изменяя переменные, сразу становится очевидным, что объединенная плотность равна(U,U+V)

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n1)eθz(zu)n210<u<z

Пусть быть плотность . Таким образом, условная плотность равнаfU+V()U+VUU+V=z

fUU+V(uz)=fU,U+V(u,z)fU+V(z)=(n1)(zu)n2zn110<u<z

Следовательно, .E(eUU+V=z)=n1zn10zeu(zu)n2du

То есть UMVUE для являетсяθ1+θ(1)E(X1T)=n1(T)n10Teu(Tu)n2du

Способ II:

Поскольку является полной достаточной статистикой для , любая несмещенная оценка которая является функцией от будет UMVUE для по теореме Лемана-Шеффе. Итак, приступим к поиску моментов , распределение которых нам известно. У нас есть,Tθθ1+θTθ1+θT

E(T)r=0yrθneθyyn1Γ(n)dy=Γ(n+r)θrΓ(n),n+r>0

Используя это уравнение, мы получаем несмещенные оценки (и UMVUE) в для каждого целого числа .1/θrr1

Теперь для мы имеемθ>1θ1+θ=(1+1θ)1=11θ+1θ21θ3+

Объединяя несмещенные оценки мы получаем1/θr

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+)=11θ+1θ21θ3+

То есть

E(r=0Trn(n+1)...(n+r1))=θ1+θ

Таким образом, предполагая , UMVUE равенθ>1θ1+θ(2)g(T)=r=0Trn(n+1)...(n+r1)


Я не уверен насчет случая во втором методе.0<θ<1

Согласно Mathematica , уравнение имеет замкнутую форму в терминах неполной гамма-функции. И в уравнении мы можем выразить произведение через обычную гамма-функцию как . Возможно, это обеспечивает очевидную связь между и .(1)(2)n(n+1)(n+2)...(n+r1)n(n+1)(n+2)...(n+r1)=Γ(n+r)Γ(n)(1)(2)

Используя Mathematica, я мог убедиться, что и действительно одно и то же.(1)(2)


Фактически, равенство между и следует, записав разложение степенного ряда в а затем поменяв местами интеграл и сумму. (1)(2)eu(2)
StubbornAtom

1

Я думаю, что мы можем получить более компактный ответ, на который вы ссылались в отношении верхней неполной гамма-функции. Используя первый метод, я нашел выражение

E[X1|X1X2Xn=eT]=(n1)01zr(1r)nzdr,
гдеz=eT.

Wolfram Alpha интегрирует это, чтобы получить

E[X1|X1X2Xn=eT]=eT(n1)Tn1[(n2)!Γ(n1,T)]

Теперь член неполной гамма-функции имеет замкнутую форму, когда является целым числом. этоn

Γ(n1,T)=Γ(n1)eTj=0n2Tjj!

Переписывая ожидания и упрощая, мы находим

E[X1|X1X2Xn=eT]=Γ(n)Tn1[eTj=0n2Tjj!]

У меня нет доступа к программному обеспечению, которое проверит эквивалентность ваших результатов и , но ручные вычисления для и совпадают с вашими .(1)(2)n=2n=3(1)


Где вы написали вы должны иметьE [ X 1X 1 X 2X n = e T ] .E[X1x1x2xn=eT],E[X1X1X2Xn=eT].
Майкл Харди
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.