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


Правила форума


Посмотреть правила форума



Начать новую тему Ответить на тему
 
 Полусвертки гауссовских функций
Сообщение15.03.2021, 21:59 


23/12/07
1763
Определим для любых абсолютно-интегрируемых функций $f_1$ u $f_2$ операцию "полусвертки" $(f_1\, @ f_2)(t) =  \int_{0}^{\infty}f_1(s)f_2(t-s)ds$ (отличие от свертки - нижний предел интегрирования).

Пусть $\varphi_{m,\sigma}(x) = \frac{1}{\sqrt{2 \pi \sigma^2}}e^{-\frac{(x-m)^2}{2 \sigma^2}}$. И пусть для любых $k\in\mathbb{N}, \Delta>0$ $$\psi_{m,\sigma,k,\Delta}(x) = \varphi_{m,\sigma}\, @\, \varphi_{m-\Delta,\sigma} \, @\, \varphi_{m-2\Delta,\sigma} \, @ \,... \, @\, \varphi_{m-k\Delta,\sigma} (x).$$ Требуется в конечном итоге хотя бы для какого-то $p > 0$ найти аналитическое выражение (для дальнейшего анализа зависимости от параметров $m,\sigma,k,\Delta$) для величин:
$$I_p^-=\int_{-\infty}^{0}|x|^p \psi_{m,\sigma,k,\Delta}(x) dx ,\quad I_p^+=\int_{0}^{\infty}|x|^p \psi_{m,\sigma,k,\Delta}(x) dx,$$
ну или в худшем случае хотя бы для:
$$I_p=\int_{-\infty}^{\infty}|x|^p \psi_{m,\sigma,k,\Delta}(x) dx.$$

Из свойств полусвертки вытекает, что если плотности в них почти все сосредоточены на положительной полуоси, то получаются обычные свертки, а значит, все легко считается. Проблемы начинаются при приближении к отрицательным областям.
Для случая двух плотностей удается получить полусвертку плотностей в явном виде:
$$ \varphi_{m_1,\sigma_1}\, @\,\varphi_{m_2,\sigma_2}(x) =\varphi_{m_1+m_2,\sqrt{\sigma_1^2 + \sigma_2^2}}(x)\,\frac{1}{2}\Bigg(1\,+\,\mathrm{erf}\Bigg(\frac{x-\Big(m_2-m_1\dfrac{\sigma_2^2}{\sigma_1^2}\Big)}{\sqrt{2}\sqrt{\sigma_1^2 + \sigma_2^2}\,\dfrac{\sigma_2}{\sigma_1}}\Bigg)\Bigg)$$

А вот дальше проблемы, поскольку интегралы становятся неберущиеся.
Может, имеет смысл посмотреть в сторону разложения функции $\mathrm{erf}$ через гауссовские функции с помощью Bürmann series, чтобы интегралы опять начали браться и, более того, опять получаться состоящие из произведений гауссовских функций на $\mathrm{erf}$, то есть, опять позволяющие повторять шаги с разложением?
Смущает, что
1) исходное разложение выполнено только для одной полуоси, и соответственно, требует использования функции $\mathrm{sign}$ для продолжения на другую. Из-за этого значительно увеличивается громоздкость результатов интегрирования;
2) если это все делать в лоб, то громозкость вычислений пугает (надо будет каждый раз в одни ряды подставлять другие, приводить подобные при одинаковых степенях...).
Может, есть какие-то обходные пути? Буду благодарен за советы.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

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