МАРТ_Часть2_Главы1_3
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
||
|
|
|
pi F xi F xi 1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где x0 |
x1 |
... xm – разбиение интервала , , о котором шла |
||||||||||
речь выше. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После этого вычисляется статистика |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
n |
|
2 |
||||
|
|
|
n |
np 2 |
|
|
|
i |
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
m |
m |
|
n |
i |
|
|
|
|||
|
|
2 |
i |
i |
n |
|
|
|
|
, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
i 1 |
npi |
i 1 |
|
|
|
pi |
|
что при n ni |
||
называемая статистикой Пирсона, который доказал, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
записанная статистика имеет распределение 2 |
|
с m 1 степенью свободы и, |
||||||||||
что очень важно, не зависит от вида теоретического распределения F x .
Пользуясь таблицами или соответствующими программными пакетами, можно проверить гипотезу о соответствии эмпирического и теоретического распределений [4].
|
Очевидно, что 2 |
m n |
2 |
1 |
|
|
||
|
n |
i |
pi |
|
есть евклидово |
расстояние |
||
|
|
|
||||||
|
|
n |
|
p |
|
|
||
|
|
i 1 |
|
i |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
a |
x, y между вектором |
x , компонентами которого являются эмпирические |
||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частоты ni n попадания наблюдаемых величин в i и вектором y |
, компонен- |
|||||||
ты которого – теоретические вероятности pi |
попадания наблюдений в i . |
|||||||
|
Компонентами весового вектора |
|
|
|
|
|||
|
а являются величины обратные веро- |
|||||||
ятностям pi . При практическом использовании критерия согласия χ2 Пирсона для простой гипотезы – так называется рассмотренная задача, надо добиваться за счет n и выбора числа карманов m, чтобы для всех pi выполнялось
бы условие n pi 10 . |
||||
|
Распределение |
Стьюдента (t-распределение). Рассмотрим СВ |
||
|
|
|
|
|
|
|
n , где и |
– независимые СВ, причем имеет стандартное нор- |
|
мальное распределение M 0 |
D 1 , а – 2 -распределение с n степе- |
|||||||
нями свободы. Тогда ПВ случайной величины имеет вид |
||||||||
|
n 1 2 |
|
x2 n 1 2 |
, x , |
||||
W (x) |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
n n 2 |
|
n |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
иназывается распределением Стьюдента с n степенями свободы. При n = 1
-51 -
распределение Стьюдента переходит в уже знакомое нам распределение Коши. Распределение Стьюдента распространяется и на случай нецелых значений n = > 0.
Моменты |
|
распределения |
Стьюдента равны |
M 2k 1 0 и |
|||
M 2k |
k 2 k k 1 2 |
при |
2k . Вспомним, |
что распределение |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
Коши моментов не имеет.
Распределение Стьюдента используется для решения вопроса: значимо ли отличие выборочного среднего х от математического ожидания M генеральной совокупности, из которой предположительно взята выборка или наблюдаемое различие является случайным?
|
|
F-распределение (распределение Фишера–Снедекора). Если 1 |
|
и |
||||||||||||||||||||||
|
2 |
– независимые СВ, имеющие |
2 -распределение соответственно с n и |
n |
2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||
степенями свободы, |
то |
случайная |
величина |
1 |
n1 |
|
имеет |
F-распре- |
||||||||||||||||||
2 |
n2 |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
деление с n1, n2 степенями свободы, ПВ которого имеет вид |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
n n |
2 nn1 2nn2 |
2 |
|
(n 2) 1 |
|
|
n |
n |
|
2 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
1 |
2 |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
1 |
|
|
n2 n1х |
1 |
|
2 |
|
, x 0; |
|
|
||
|
|
n1 2 n2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
W (x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0, х 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Математическое ожидание M |
|
n2 |
|
, n2 |
2 , а дисперсия |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
n2 2 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
D |
|
2n2 |
n |
n |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
2 |
|
|
, n2 4 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
n |
n |
2 2 n 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Распределение Фишера используется при проверке гипотезы о равенстве дисперсий двух нормальных выборок объемом n1 и n2 .
Логарифмически нормальное (логнормальное) распределение. Слу-
чайная величина имеет логарифмически нормальное распределение с пара-
метрами а, 2 если её ПВ имеет вид
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
exp |
ln x a |
|
при x 0 |
|
|
|
|
|
|
||||
W ( x) х 2 |
|
|
2 2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при х 0. |
|
|
|
|||||
0 |
|
|
|
|||||
Логнормальное распределение получается как ПВ случайной величины
- 52 -
e , где – нормальная СВ с математическим ожиданием а и дисперсией 2 . Решая задачу о функциональном преобразовании СВ с учетом того
что ln и |
d |
|
1 |
, получим для логнормальное распределение. Условие |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
W (х) 0 |
при |
х 0 |
связано с положительностью функции е для всех . |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
равны M k exp k 2 2 / 2 ka , |
||||
Моменты |
логнормального распределения |
|||||||||||||||
откуда можно найти |
среднее |
значение |
m exp 2 |
2 a , дисперсию |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
D e 2 2a e 2 |
1 |
, асимметрию |
1 |
|
e 2 |
2 e 2 |
1 и коэффициент |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
эксцесса e4 2 2e3 2 3e2 2 |
6 . Заметим, |
что СВ и её моменты явля- |
||||||||||||||
ются безразмерными величинами e . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Логнормальное распределение дает частный случай решения следующей задачи. Пусть f , где – нормальная СВ с математическим ожи-
данием а и дисперсией 2 , а |
f |
– монотонная дифференцируемая функция. |
|||||||||||
Решая задачу функционального преобразования СВ, получим |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(x) a 2 |
|
|
|||
W (x) |
1 |
|
|
e |
2 |
2 |
|
d (x) |
|
, |
|||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
|
dx |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где (х) – функция обратная f(x) (результат |
решения уравнения f от- |
||||||||||||
носительно ). Это распределение называется распределением Кептейна.
Распределение Релея Райса. Рассмотрим задачу о распределении мо- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, ПВ которого |
дуля и аргумента нормального случайного вектора 1, 2 |
||||||||||
имеет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x a |
2 x |
2 |
a |
2 |
2 |
|
|
|
1 |
1 1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
W ( x1, x2 ) |
2 2 |
e |
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т. е. компоненты вектора 1 и 2 независимы, имеют одинаковую дисперсию
2 и математическое ожидание а1 и а2 соответственно.
Модуль вектора 
12 22 , а для аргумента справедливо выражение tg 2
1 . Решая задачу перехода от СВ 1 и 2 к и с учетом полученных выше результатов J , получим
- 53 -
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos a 2 sin a |
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
W ( , ) |
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
или после несложных преобразований |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А2 2 2 A cos |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
W ( , ) |
|
e |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
||||||||||||
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
где A a2 |
a2 – модуль вектора, компонентами которого являются мате- |
|||||||||||||||||||||||||
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
матические ожидания СВ 1 |
и 2 , |
|
arctg а2 |
а1 – аргумент этого векто- |
||||||||||||||||||||||
ра. Для определения ПВ необходимо проинтегрировать W ( , ) по всем |
||||||||||||||||||||||||||
значениям , т. е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
А2 |
2 2 A cos |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
W ( ) 0 |
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|||||||||||
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 А2 |
|
|
|
|
|
2 |
A |
cos |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
e |
2 2 |
|
|
|
|
e 2 |
d . |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как подынтегральное выражение зависит только от |
|
|
и интегри- |
|||||||||||||||||||||||
|
cos |
|
||||||||||||||||||||||||
рование ведется по периоду, то интеграл не зависит от и с учетом интегрального представления модифицированной функции Бесселя нулевого по-
|
|
(х) |
1 |
2 |
ex cos d , получим окончательно |
||||||||
рядка I |
|
|
|||||||||||
0 |
|
||||||||||||
|
|
2 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 А2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
2 2 |
|
|
, 0. |
||
|
|
|
|
|
W ( ) |
2 |
|
|
I0 |
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
0 , |
0. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это и есть распределение Рэлея–Райса. При а1 = а2 = 0 и, следовательно, А = 0, I0 (0) 1 и распределение Рэлея–Райса переходит в распределение Релея
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||
|
|
e 2 |
, 0; |
||||
W ( ) |
|
|
|
||||
|
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
0. |
|
|
|||
0 , |
|
|
|||||
|
- 54 - |
|
|
|
|||
Функция распределения
|
|
|
|
|
t 2 |
А2 |
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
2 |
2 |
|
|
At |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
F ( ) |
e |
|
|
I |
|
|
dt |
|||||
|
|
|
0 |
|
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
после замены переменной t
x и введения параметра h A
выражается
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
t 2 |
v2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I0 vt dt сле- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
через табулированную Q-функцию Маркума Q(u, v) te |
|
|
2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
дующим образом F( ) Q , h . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Плотность вероятности Рэлея–Райса при переходе к безразмерной пе- |
||||||||||||||||||||||||
ременной х примет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
h |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hx , х 0, |
|
|
|
|
||||||
W x хe |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
I |
0 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 , х 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Подумайте, куда делся множитель 1 ? |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
При h 1, воспользовавшись асимптотическим представлением мо- |
||||||||||||||||||||||||
дифицированной функции Бесселя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
I0 t |
|
|
|
|
et |
|
|
|
|
, t 1, |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 t |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
после несложных преобразований, получим |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
x |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
e x h |
2 , x 0; |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
W (x) |
h |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
х 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Таким образом, при h 1 распределение Релея–Райса с точностью до по-
|
|
|
|
|
|
||
правочного множителя |
x h , который при h 1 мало отличается от едини- |
||||||
цы в той области, где |
располагается кривая нормального распределения |
||||||
1 |
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
e x h |
2 , может быть аппроксимировано указанным выше нормаль- |
||
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ным распределением. При возвращении к переменной гауссовское распре-
деление будет иметь среднее значение А и дисперсию 2 . В качестве упражнения предлагаем читателю убедиться в том, что множитель 
x
h действи-
- 55 -
тельно мало отличается от единицы в области основных значений функции
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
e x h |
|
2 *. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Моменты распределения Рэлея–Райса mk |
выражаются через вырож- |
|||||||||||||||||||||||||||
денную гипергеометрическую функцию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
2 А2 |
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
2 2 |
|
A |
|
|
|
k |
|
k |
|
|
|
A |
|||||||||||||||
|
|
mk |
|
|
|
|
2 |
2 |
2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
2 |
e |
|
|
I0 |
|
2 |
dt |
|
|
|
1 , F1 |
|
2 |
, 1; |
|
2 |
2 |
. |
|||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
Четные моменты k 2n , |
с учетом свойств вырожденной гипергеомет- |
|||||||||||||||||||||||||||
рической функции (см. ч. I, гл. 6) являются полиномами от |
A2 |
|
и имеют вид |
|||||||||||||||||||||||||||||
2 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
m 2 2 A2 , |
m 8 4 |
8 2 A2 A4 |
, m 48 6 72 4 A2 18 2 A2 A6 , … . |
|||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Для нечетных k вырожденная гипергеометрическая функция может быть представлена с помощью экспоненциальных и модифицированных бесселевых функций, и мы получим
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h2 |
|
|
|
|
|
h2 |
|
|
h2 |
|
|
h2 |
|
h2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
m |
|
|
e |
|
4 |
1 |
|
|
|
|
|
|
I |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
1 |
|
|
|
|
, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
h2 |
|
|
|
|
|
|
h2 |
|
|
h2 |
|
|
|
|
h2 |
|
|
|
h2 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
m |
3 |
3 3 |
|
|
|
|
e |
4 |
1 |
|
|
|
|
|
I |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
1 |
|
|
|
|
. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
|
|
2 |
|
|
|
4 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
А 0, a b 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
При h 0 |
как |
|
уже |
|
отмечалось, |
распределение Рэлея– |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Райса переходит в распределение Рэлея, а приведенные формулы опреде-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 , |
|
|
|
3 3 |
|
|
||||||||||||||||
ляют соответствующие |
моменты: |
|
m |
|
2 , |
m |
m |
3 |
2 , |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
m 8 4 |
, и т. д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пользуясь связью между центральными и начальными моментами, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
можно определить дисперсию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
2 |
|
|
|
h2 |
|
|
h2 |
|
|
h2 |
|
h2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
D 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
2 |
h2 |
|
e |
2 |
|
1 |
|
|
|
I |
0 |
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
4 |
|
|
2 |
1 |
4 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для распределения Рэлея–Райса и D 2
2 2 для распределения Рэлея.
* Воспользоваться правилом «трех сигма».
- 56 -
Вкачестве упражнения предлагаем исследовать зависимость асимметрии и коэффициента эксцесса распределения Рэлея–Райса от параметра h.
Втеории надежности для описания времени безотказной работы используется распределение Вейбулла–Гнеденко, ПВ которого имеет вид
|
1e x |
|
0 |
x |
, x |
||
W ( x) |
|
|
|
|
0, , 0. |
|
|
0, х |
|
||
Моменты mk M |
k |
|
|
|
|
|
|
|
k |
k 1 . С их помощью мож- |
||||||||||||||||||
|
равны mk |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
но найти дисперсию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
2 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
|
D m |
2 |
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для описания модели замираний сигнала в канале часто используют |
||||||||||||||||||||||||||||
распределение Накагами (m – распределение) с ПВ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
m |
x2m 1e |
|
|
|
σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
W (x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
x 0, |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
ξ |
|
Γ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m σ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
0, |
|
при х 0, m 1 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моменты |
распределения |
|
|
Накагами |
|
mk |
|
m k 2 |
2 |
k 2 |
, а дис- |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
m |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
персия D 2 |
|
2 |
2 m 1 2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
m |
|
2 m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Заканчивая разговор об одномерных ПВ, отметим, что большинство из рассмотренных распределений является частным случаем распределения Пирсона, ПВ которого удовлетворяет дифференциальному уравнению вида
dW (x) |
|
a1x a0 |
, |
dx |
b0 b1x b2 x2 |
где a0 , a1 и b0 , b1, b2 – параметры распределения.
В зависимости от значений этих параметров в качестве решения уравнения получаются 11 типов кривых, описывающих важнейшие ПВ (нормаль-
ное распределение, гамма-, бета-, 2 -распределения, распределение Стьюдента и др.) Более подробно с распределениями пирсоновского типа можно познакомиться с помощью [5].
- 57 -
3.6. Многомерные распределения
3.6.1. Полиномиальное распределение
Полиномиальное распределение является многомерным аналогом биномиального распределения, когда исходом случайного эксперимента могут быть не два (как в биномиальном законе), а k исходов с вероятностями
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
p1, p2 , ..., |
pk , pi 1. |
При проведении N независимых испытаний нас |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
интересует |
вероятность |
того, что i-й исход имел |
место ровно |
ki |
раз, |
||||||||||||||||
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ki N . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, полиномиальное распределение дает вероятность того, |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
что целочисленные компоненты вектора |
1, 2, ... k |
будут равны од- |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ноименным компонентам вектора m m1, m2, ... mk , а именно |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
P 1 m1, 2 |
m2 , ... k mk |
N! pm1 pm2 ...pmk |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
k |
|
. |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
m1!m2!... mk ! |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
При k = 2 это распределение естественно переходит в биномиальное. |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pk . |
||
|
|
Математическое ожидание вектора |
равно Mm Np N p1, p2 |
, ... |
|||||||||||||||||
|
|
Ковариация СВ i и j , i j равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
cov i , j M i - M i j - M j Npi p j , |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D i Npi (1 pi ) . Следовательно, |
|||||||||
а дисперсия i-й компоненты вектора |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
COV i , j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
r |
|
|
= |
|
|
pi p j |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 pi 1 p j |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
i |
j |
|
|
D i D i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3.6.2. Многомерное нормальное распределение
Случайный вектор 1, 2 ,... k т имеет нормальное распределение, т. е. является нормальным случайным вектором, если его ХФ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
V |
|
v , v |
2 |
,...v |
n |
|
имеет вид |
|
V |
exp jV |
тa |
|
|
V |
т KV |
, где |
|||
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
a , a |
|
,... a |
|
|
т – вектор средних значений, K – неотрицательно опреде- |
||||||||||||||
a |
2 |
n |
||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 58 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ленная симметрическая ( n n)-матрица, т – как и раньше, знак транспонирования. Если det K 0 , то распределение называется невырожденным. Для
невырожденного распределения матрицу K 1 называют матрицей точности. |
|||||||||||||||
Элементами матрицы K, называемой ковариационной или, чаще, корреляци- |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
онной, являются ковариации соответствующих компонент вектора |
, т. е. |
||||||||||||||
K Kij , где Kij M i M i j M j . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Многомерное нормальное распределение, отвечающее введенной ХФ |
|||||||||||||||
имеет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
W x |
W |
x , x |
, , x |
|
|
|
|
exp |
|
|
|
x |
a т K |
1 x a . |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
1 2 |
n |
|
|
2 n det K |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
Отметим важнейшие свойства многомерного нормального распределения.
1. Если компоненты вектора 1, 2 ,... k т не коррелированы, т. е. Kij COV i , j 0 , i j , то корреляционная матрица К будет диагональ-
|
|
|
2 |
|
0 |
|
|
... 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ной |
|
0 |
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и det K i . Также диагональной будет и об- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ратная матрица, и многомерное нормальное распределение примет вид |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
n |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
W |
(x ...x |
|
) |
|
|
exp |
xi |
ai |
|
W |
|
|
(x ) . |
||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
i 1 |
|
2 2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
i |
|
i |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 i |
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Таким образом, некоррелированность нормальных СВ влечет их неза- |
||||||||||||||||||||||||||||
висимость. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2. Если |
нас |
|
интересует |
совместное распределение |
части компонент |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 , ..., |
n , например вектора |
||||||||
нормального |
случайного |
вектора |
1, |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
, |
|
|
, ..., |
|
|
, |
k n , |
|
|
|
|
|
|
|
W |
x , |
|
|
, , x |
|
|
по исключае- |
||||||
|
k |
|
2 |
k |
то, |
интегрируя |
x |
2 |
n |
|||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||
мым компонентам xk 1, ..., xn , |
получим снова многомерное нормальное рас- |
|||||||||||||||||||||||||||||
пределение с вектором средних значений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
ak a1, a2, ..., ak и корреляцион- |
||||||||||||||||||||||||||||||
ной матрицей Kk |
|
Kij , |
i, j 1, 2, ..., k . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
3. Линейное преобразование нормального случайного вектора. Пусть |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вектор связан с вектором |
линейным преобразованием (получен с помо- |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 59 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щью линейного оператора). В ч. I, гл. 5 было показано, что в Rn или C n дей-
ствие любого линейного оператора сводится к умножению исходного векто- |
|||
|
|
|
|
ра на матрицу оператора, т. е. С . |
|||
|
В результате этой операции мы получим нормальный случайный вектор |
||
с |
корреляционной |
матрицей |
K СK С т и вектором средних значений |
|
|
|
|
b |
Сa , где K и |
a – корреляционная матрица и вектор средних значений |
|
|
|
|
|
исходного случайного нормального вектора . |
|||
|
Важным и очень полезным свойством нормального n-мерного вектора |
||
является возможность выразить смешанный корреляционный момент вида
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
i M i |
через ковариацию компонент вектора: |
|
|||||
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2m |
|
|
|
|
m |
2m 1 |
|
|
|
|
|
|
|
cov j , k ; M i M i 0 . |
||
M |
i M i |
|
||||||
|
|
|
|
|
все пары j k |
i 1 |
|
|
|
i 1 |
|
|
|
||||
Число пар равно числу различных способов выбора пар из 2m различных |
||||||||||||||||||||
элементов и, как известно из комбинаторики, равно 2m! |
2m m! . |
|
|
|||||||||||||||||
Например, для m = 2 имеется 4 ! |
222 |
3 три способа разделения про- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изведения |
M i |
m i 0 на произведение ковариаций, т. е. |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
m |
|
cov , |
|
cov |
|
, |
|
cov |
|
, |
|
cov , |
|
|
|
|
i |
|
2 |
3 |
4 |
2 |
3 |
4 |
||||||||||||
|
|
|
i |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cov 1, 3 cov 2, 4 .
Спомощью этой формулы можно найти ковариацию для квадратов нормаль-
ных СВ, положив 1 2 и 3 4 .
Тогда cov 2 , 2 D D 2 cov2 , .
В ряде задач теории вероятностей и математической статистики приходится встречаться с многомерными аналогами рассмотренных выше одномерных распределений. Это распределение Дирихле, обобщающее бета-рас- пределение, многомерное распределение Стьюдента и многомерный аналог
2 -распределения – распределение Уишарта. С указанными распределениями можно познакомиться с помощью [5].
- 60 -
