2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




На страницу 1, 2, 3  След.
 
 Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение21.07.2011, 16:03 
Аватара пользователя
Здравствуйте!
Просьба помочь в вычисленнии центрального момента 3-го порядка для распределения максимального значения случайной величины:

\begin{multline*}
\mu= 1/\lambda $$\int\limits_{-\infty}^{\infty} x^3 \exp(-(x-\mu)/\lambda-\exp(-(x-\mu)/\lambda)) dx$$=
 \end{multline*}
\begin{multline*}
 =$$\int\limits_{-\infty}^{\infty} x^3 \left(\exp(-\exp(-(x-\mu)/\lambda)) \cdot (1/\lambda \cdot \exp(-(x-\mu)/\lambda))\right) dx $$=
\end{multline*}
\begin{multline*}
=$$\int\limits_{-\infty}^{\infty} x^3\,d(\exp(-\exp(-(x-\mu)/\lambda))) =x^3\, \cdot  \exp(-\exp(-(x-\mu)/\lambda))\,\bigg|_{-\infty}^{\infty} - \int\limits_{-\infty}^{\infty} \exp(-\exp(-(x-\mu)/\lambda))\,d(x^3)$$
\end{multline*}

При этом трудности возникают c вычислением данного интеграла:

$$$\int\limits_{-\infty}^{\infty} \exp(-\exp(-(x-\mu)/\lambda))\,d(x^3)$$
$

Возможно, нужно далее продолжать интегрирование по частям или же делать замену переменных? Буду благодарен за помощь!!!

P.S. И, существуют ли источники в которохых были бы показаны примеры вычисления значений центральных моментов для разных законов распределения случайной величины? Спасибо!!!

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение21.07.2011, 18:20 
Аватара пользователя
Sjutka в сообщении #470270 писал(а):
для распределения максимального значения случайной величины


Что-то я не пойму, это как вообще? И какой случайной величины?

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение21.07.2011, 21:52 
Аватара пользователя
Спасибо!

На ст. 118-120 Справочника по вероятностным распределениям (автор Вадзинский Р.Н., 2001 год) изложен материал, касающейся "распределения максимального значения". Хочу разобраться, каким образом определен для него коэффициент асиметрии $S_{^k} =1,1395$.
На ст. 18 указаного источника отмечено,что данный коэффициент определяется следующим образом:
$S_{^k} =\frac {\mu_{3}(X)} {\sigma_{3}(X)},
где
{\mu_{3}(X)}=$$\int\limits_{-\infty}^{\infty}  x^3 \cdot f(X)dx$$,
X - непрерывная случайная величина,
f(X) - закон распределения максимального значения, $f(X)=\frac 1 \lambda \cdot \exp(-\frac {x-\mu}  {\lambda} - \exp(-\frac {x-\mu} {\lambda})).$

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение21.07.2011, 22:16 
Аватара пользователя
А, случайная величина, обладающая т.н. распределением максимального значения.
Судя по значению третьего центрального момента в этой книжке, в элементарных функциях вычислить ничего не удастся. Можно как-то свести исходный интеграл к дзета-функции Римана. Вам это действительно надо?

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение21.07.2011, 22:53 
Аватара пользователя
Да, :cry: !

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение21.07.2011, 23:17 
Аватара пользователя
Понимаете тут в чем дело,

$$\[{\mu _3} = \frac{1}{\lambda }\int\limits_{ - \infty }^{ + \infty } {{{\left( {x - m} \right)}^3}\exp \left( { - \frac{{x - \mu }}{\lambda } - \exp \left( { - \frac{{x - \mu }}{\lambda }} \right)} \right)dx}  = \int\limits_0^{ + \infty } {{{\left( {\mu  - \lambda \ln t - m} \right)}^3}\exp \left( { - t} \right)} dt\]$$

Замена: $\[t = \exp \left( { - \frac{{x - \mu }}{\lambda }} \right)\]$.

Интеграл справа расходится в нуле, а слева -- сходится. Я не знаю, в чем тут дело, но можно попробовать вычилить моменты через характеристическую функцию.

Характеристическая фукнция такой случайной величины:

$\[\chi \left( t \right) = \Gamma \left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}}\]$.

Третий центральный момент: $\[{\mu _3} = {m_3} - 3{m_2}{m_1} + 2m_1^3\]$.

По формуле $\[{m_n} = {\left( { - i} \right)^n}\frac{{{d^n}}}{{d{t^n}}}\chi \left( 0 \right)\]$ можно попробовать вычислить три момента.

Например, $\[{m_1} =  - i\frac{{d\chi }}{{dt}}\left( 0 \right) =  - \lambda \Gamma '\left( 1 \right) + \mu  = \lambda \gamma  + \mu \]$. Здесь $\[\gamma  =  - \Gamma '\left( 1 \right) \approx 0.57722\]$ -- константа Эйлера.

Вот производные характеристической функции:

$$\[\frac{{d\chi }}{{dt}} =  - i\lambda \Gamma '\left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}} + i\mu \Gamma \left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}}\]$$
$$\[\frac{{{d^2}\chi }}{{d{t^2}}} = {\left( { - i\lambda } \right)^2}\Gamma ''\left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}} + 2\left( { - i\lambda } \right)\left( {i\mu } \right)\Gamma '\left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}} + {\left( {i\mu } \right)^2}\Gamma \left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}}\]$$
$$\[\begin{gathered}
  \frac{{{d^3}\chi }}{{d{t^3}}} = {\left( { - i\lambda } \right)^3}\Gamma '''\left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}} + 3{\left( { - i\lambda } \right)^2}\left( {i\mu } \right)\Gamma ''\left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}} +  \hfill \\
  {\text{                                                       }} + 3\left( { - i\lambda } \right){\left( {i\mu } \right)^2}\Gamma '\left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}} + {\left( {i\mu } \right)^3}\Gamma \left( {1 - i\lambda t} \right){e^{i\mu t}} \hfill \\ 
\end{gathered} \]$$

Подставьте везде $t=0$. Вот значения производных гамма-функций в единице:

$\[\begin{gathered}
  \Gamma '\left( 1 \right) =  - \gamma  \hfill \\
  \Gamma ''\left( 1 \right) = {\gamma ^2} + \frac{{{\pi ^2}}}{6} \hfill \\
  \Gamma '''\left( 1 \right) =  - 2\zeta \left( 3 \right) - {\gamma ^3} - \gamma \frac{{{\pi ^2}}}{2} \hfill \\ 
\end{gathered} \]$

Свойства гамма-функции можете посмотреть, например, здесь: http://functions.wolfram.com/GammaBetaErf/Gamma/

Попробуйте хоть так.

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение22.07.2011, 09:26 
Аватара пользователя
ShMaxG в сообщении #470381 писал(а):
Попробуйте хоть так.


Cпасибо, буду пробовать!

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение22.07.2011, 11:37 
Аватара пользователя
Sjutka в сообщении #470364 писал(а):
На ст. 18 указаного источника отмечено,что данный коэффициент определяется следующим образом:
$S_{^k} =\frac {\mu_{3}(X)} {\sigma_{3}(X)},

А момент второго или первого порядка удалось найти?

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение22.07.2011, 11:45 
ShMaxG в сообщении #470381 писал(а):
Интеграл справа расходится в нуле, а слева -- сходится.

И справа вполне себе сходится. Подумаешь, логарифм.

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение22.07.2011, 18:12 
Аватара пользователя
ewert в сообщении #470489 писал(а):
Подумаешь, логарифм.

А, да. На мгновение показалось, что раз там функция в бесконечность уходит, значит не интегрируема... :oops:

Ну тогда можно и так:
$$\[\begin{gathered}
  \int\limits_0^{ + \infty } {{{\left( {\mu  - m - \lambda \ln t} \right)}^3}\exp \left( { - t} \right)dt}  = {\left( {\mu  - m} \right)^3} - 3{\left( {\mu  - m} \right)^2}\lambda \int\limits_0^{ + \infty } {\ln t\exp \left( { - t} \right)dt}  +  \hfill \\
  {\text{                                                                            }} + 3\left( {\mu  - m} \right){\lambda ^2}\int\limits_0^{ + \infty } {{{\ln }^2}t\exp \left( { - t} \right)dt}  - {\lambda ^3}\int\limits_0^{ + \infty } {{{\ln }^3}t\exp \left( { - t} \right)dt}  \hfill \\ 
\end{gathered} \]$$

Получившиеся интегралы берутся из таблиц:
$
\[\begin{gathered}
  \int\limits_0^{ + \infty } {\ln t\exp \left( { - t} \right)dt}  =  - \gamma  \hfill \\
  \int\limits_0^{ + \infty } {{{\ln }^2}t\exp \left( { - t} \right)dt}  = {\gamma ^2} + \frac{{{\pi ^2}}}{6} \hfill \\
  \int\limits_0^{ + \infty } {{{\ln }^3}t\exp \left( { - t} \right)dt}  =  - 2\zeta \left( 3 \right) - {\gamma ^3} - \gamma \frac{{{\pi ^2}}}{2} \hfill \\ 
\end{gathered} \]$

Ну и с учетом того, что матожидание $\[m = \mu  + \lambda \gamma \]$, тривиально получается ответ.

Так что лобовое решение в данном случае оказывается на порядок проще, чем решение через характеристические функции.

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение22.07.2011, 18:36 
Аватара пользователя
Спасибо за уделенное внимание и подсказки!!!

-- Пт июл 22, 2011 18:49:03 --

Александрович в сообщении #470486 писал(а):
Sjutka в сообщении #470364 писал(а):
На ст. 18 указаного источника отмечено,что данный коэффициент определяется следующим образом:
$S_{^k} =\frac {\mu_{3}(X)} {\sigma_{3}(X)},

А момент второго или первого порядка удалось найти?


Нет, я их не вычислял. Изначально придерживался обозначенной формулы.

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение22.07.2011, 22:33 
Аватара пользователя
Это называется "распределение Гумбеля".
http://mathworld.wolfram.com/GumbelDistribution.html
Или тут:
http://lib.mexmat.ru/books/54102

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение23.07.2011, 04:51 
Аватара пользователя
Распределение Гумбеля по первой ссылке -- распределение миминмального значения (а в этой теме -- максимального). Но по всей видимости, разница между ними не большая.

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение23.07.2011, 11:58 
Аватара пользователя
Обычно именуют распределением экстремальных значений. Для минимума и максимума изменения простые.

 
 
 
 Re: Вычисление центрального момента 3-го порядка
Сообщение23.07.2011, 12:26 
Аватара пользователя
ShMaxG в сообщении #470681 писал(а):
Распределение Гумбеля по первой ссылке -- распределение миминмального значения (а в этой теме -- максимального). Но по всей видимости, разница между ними не большая.


Разница между данными распределениями, только в отсутствии знака "$-$" при записи параметра экспоненциальной функции.
1) для распределения минимального значения
$$f(x)=\frac1\lambda \exp\left(\frac{x-\mu}{\lambda}  - \exp\left(\frac{x-\mu}{\lambda} \right)\right),$$
ст. 115-118 Справочника по вероятностным распределениям (автор Вадзинский Р.Н., 2001 год);

2)для распределения максимального значения
$$f(x)=\frac1\lambda\exp\left(-\frac{x-\mu}{\lambda}  - \exp\left(-\frac{x-\mu}{\lambda} \right)\right),$$
ст. 118-120 Справочника по вероятностным распределениям (автор Вадзинский Р.Н., 2001 год).

 
 
 [ Сообщений: 32 ]  На страницу 1, 2, 3  След.


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group