공분산 추정량의 분모가 왜 n-1이 아닌 n-2가 아니어야합니까?


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(편향되지 않은) 분산 추정기의 분모는 이며, 관측치 가 개이고 하나의 모수 만 추정되기 때문입니다.Nn−1n

V(X)=∑i=1n(Xi−X¯)2n−1

같은 토큰으로 두 개의 모수를 추정 할 때 왜 공분산의 분모가 가되지 않아야하는지 궁금합니다 .n−2

Cov(X,Y)=∑i=1n(Xi−X¯)(Yi−Y¯)n−1

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그렇게하면 분산에 대해 상충되는 두 가지 정의가 있습니다. 하나는 첫 번째 공식이고 다른 하나는 적용된 두 번째 공식 입니다. Y=X
— whuber

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이변 량 / 다변량 평균 (예상)은 2 개의 매개 변수가 아닌 1입니다.
— ttnphns 2015 년

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@ttnphns 사실이 아닙니다. 이변 량 평균은 표현하기 위해 두 개의 실수가 필요하기 때문에 분명히 두 개의 매개 변수입니다. (실제로 단일 벡터 매개 변수이지만 두 구성 요소가 있다는 사실 만 위장합니다.) 이는 풀링 분산 t- 검정의 자유도에 명시 적으로 표시됩니다 (예 : 가 아닌 빼기) . 이 질문에서 흥미로운 것은 하나의 모수가 추정 되었기 때문에 에서 을 빼는 일반적인 "설명"이 모호하고, 엄격하지 않으며, 오도의 소지가 있음을 어떻게 드러내는 지 입니다. 211n
— whuber

@ whuber, 당신이 맞습니다. 그것이 (독립적 인 관찰) 일 경우에만 중요 합니다. 단 변량 테스트보다 다변량 테스트에서 더 많은 df 를 소비하지 않을 것입니다. n
— ttnphns 2016 년

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@ whuber : 아마도 "매개 변수"로 간주되는 것이 상황에 달려 있음을 보여줍니다. 이 경우, 편차 계산 위에 관측n ttnphns 말했듯이 다변량 평균이 경우에도, 하나 개의 파라미터로 간주 될 수 - 또는 전체 평균 - 및 각각의 관측. 그러나, 예를 들어 시험에서 치수의 선형 조합을 고려하는 다른 경우에는 각 관측치의 각 치수가 "매개 변수"가됩니다. 이 문제는 까다로운 문제입니다.
— amoeba는

답변:


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공분산 은 분산입니다.

편광 정체성 때문에

Cov(X,Y)=Var(X+Y2)−Var(X−Y2),

분모는 같아야합니다.


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특별한 경우는 직관을 제공해야합니다. 다음에 대해 생각하십시오.

Cov^(X,X)=V^(X)

후자는 . 혈관 교정.∑i=1n(Xi−X¯)2n−1

합성법 하여 에 상기 전 대해 준다 그렇다면 빈칸을 가장 잘 채울 수있는 방법은 무엇입니까?YXCov^(X,Y)∑i=1n(Xi−X¯)(Xi−X¯)mystery denominator


1
승인. 그러나 OP는 "cov (X, X) 및 cov (X, Y)를 한 줄의 논리로 간주하는 이유를 물을 수 있습니다. 왜 cov ()에서 Y를 X로 바꾸는가? 다른 상황입니까? " 당신은 그 답을 피하지 않았지만, 대답은 (높은
— 공감)

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빠르고 더러운 답변 ... 먼저 살펴 보자. ; 당신이 있다면 관찰 알려져 기대 가치와 사용하면 사용하는 것이 분산을 추정 할 수 있습니다.var(X)n E(X)=01n∑i=1nXi2

기대 값을 알 수없는 경우 대해 을 취하여 관측 값을 알려진 예상 값을 가진 관측 값으로 변환 할 수 있습니다 . 분모에 을 갖는 공식을 얻게됩니다. 그러나 는 독립적이지 않으므로 이것을 고려해야합니다. 마지막에 일반적인 공식을 찾을 수 있습니다.nn−1Ai=Xi−X1i=2,…,nn−1Ai

공분산에 대해 동일한 아이디어를 사용할 수 있습니다. 의 예상 값 이 이면 수식에 이 있습니다. 다른 모든 관측 값에서 을 빼면 알려진 예상 값 이있는 관측치가 계산 되고 수식에 이 다시 나타납니다. 계정.(X,Y)(0,0)1n(X1,Y1)n−11n−1

추신 : 그렇게하는 명확한 방법은 의 정규 직교 기저를 선택하는 것입니다. 즉, 벡터 같은⟨(1,…,1)′⟩⊥n−1c1,…,cn−1∈Rn

  • ∑jcij2=1 모든 ,i
  • ∑jcij=0 모든 ,i
  • ∑jci1jci2j=0 모든 .i1≠i2

그런 다음 변수 및 를 정의 할 수 있습니다 . 독립적이며, 예상 한 값 , 원래의 변수와 같은 분산 / 공분산을 갖는다.n−1Ai=∑jcijXjBi=∑jcijYj(Ai,Bi)(0,0)

요점은 알려지지 않은 기대를 없애고 싶다면 하나의 관측 값 만 버린다는 것입니다. 이것은 두 경우 모두 동일하게 작동합니다.


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분모가 p- 변량 샘플 공분산 추정기가 공분산 행렬의 편향 추정량 이라는 증거가 있습니다 .1n−1

x′=(x1,...,xp) .

Σ=E((x−μ)(x−μ)′)

S=1n∑(xi−x¯)(xi−x¯)′

표시하려면 :E(S)=n−1nΣ

증명 :S=1n∑xixi′−x¯x¯′

다음:

(1)E(xixi′)=Σ+μμ′

(2)E(x¯x¯′)=1nΣ+μμ′

따라서E(S)=Σ+μμ′−(1nΣ+μμ′)=n−1nΣ

따라서 최종 분모가 인 는 편향되지 않습니다. 비 대각선 요소는 개별 표본 공분산입니다.Su=nn−1S1n−1Su

추가 사항 :

  1. n 추첨은 독립적입니다. (2)에서 표본 평균의 공분산을 계산하는 데 사용됩니다.

  2. 단계 (1) 및 (2)는Cov(x)=E[xx′]−μμ′

  3. 2 단계는Cov(x¯)=1nΣ


2 단계의 어려움! :)
— Elvis

@Elvis 지저분합니다. Cov (X + Y, Z) = Cov (X, Z) + Cov (Y, Z) 규칙을 적용하고 다른 드로우가 독립적임을 인식해야합니다. 그 다음은 기본적으로 공분산 n 번을 합산 1 / n²하여 축소하는 것
— statchrist

4

'n-2'가 아닌 'n-1'을 사용하여 직관을 구축하는 한 가지 방법은 공분산을 계산하기 위해 X와 Y를 모두 의미를 제거 할 필요는 없지만 두 가지 중 하나를 의미하지는 않습니다.


어떤 분모를 사용해야하는지에 대한 질문에 대해 자세히 설명해 주시겠습니까? 증거의 대수 관계는 평균 합에 대한 잔차가 0에 가까워 지지만 어떤 분모가 관련이 있는지에 대해서는 침묵한다는 사실에서 비롯됩니다.
— whuber

5
나는 OP와 같은 질문을했기 때문에 여기에 왔습니다. 나는이 답변이 @whuber가 위에서 지적한 지점의 뉘앙스에 있다고 생각한다. 경험에 따르면 df ~ = n-(매개 변수 추정)은 "모호하고, 엄격하지 않으며, 오해의 소지가있을 수있다"는 것이다. 이것은 두 매개 변수 (xbar 및 ybar)를 추정 해야하는 것처럼 보이지만 실제로는 하나 (xbar 또는 ybar) 만 추정한다는 사실을 지적합니다. df는 두 경우 모두 동일해야하므로 둘 중 더 낮아야합니다. 나는 이것이 그 의도라고 생각합니다.
— mpettis

1

1) 시작하십시오 .df=2n

2) 표본 공분산은 합니다. 두 잃는다 ; 하나는 에서 하나는 에서 하나 는 입니다.Σi=1n(Xi−X¯)(Yi−Y¯)dfX¯Y¯df=2(n−1)

3) 그러나 에는 각 제품에서 하나씩 개별 용어 만 포함 됩니다. 두 숫자를 곱하면 각 개별 숫자의 독립 정보가 사라집니다.Σi=1n(Xi−X¯)(Yi−Y¯)n

예를 들어,

24=1∗24=2∗12=3∗8=4∗6=6∗4=8∗3=12∗2=24∗1 ,

와 같이 비이성적 및 분수는 포함하지 않으므로 두 숫자 계열을 곱하고 곱을 조사 할 때 우리는 원래의 정보의 절반을 잃어 버렸기 때문에 하나의 숫자 계열에서, 즉 두 숫자가 한 쌍으로 하나의 숫자로 그룹화되기 전에 (즉, 곱셈) 수행 된 것입니다.24=26∗26df=n−1

다시 말해, 일반성을 잃지 않고 우리는 쓸 수 있습니다

(Xi−X¯)(Yi−Y¯)=zi−z¯일부 및 경우ziz¯

즉, 및 입니다. 에서 을 분명히 갖는 공분산 공식은zi=XiYi−X¯Yi−XiY¯z¯=X¯Y¯zdf=n−1

Σi=1nzi−z¯n−1=

Σi=1n[(Xi−X¯)(Yi−Y¯)]n−1=

1n−1Σi=1n(Xi−X¯)(Yi−Y¯) .

따라서 질문에 대한 답은 가 그룹화되어 절반으로 는 것입니다.df


@ whuber 어떻게 같은 것을 두 번 게시하고 한 번 삭제 했습니까? 무엇을 제공합니까? 우리는 그들 중 하나를 제거 할 수 있습니까? 나중에 참조 할 수 있도록 그러한 복제본을 영구적으로 삭제하는 방법이 있습니까? 나는 몇 가지 매달려 있고 성가신입니다.
— Carl

내가 알 수있는 한, 당신은 당신의 대답을 복제본에서 여기로 다시 게시했습니다. (다른 사람은 귀하의 이름으로 답변을 게시 할 권한이 없습니다.) 시스템은 여러 스레드에서 동일한 답변을 게시하지 않는 것이 좋습니다. 이것은 모든 주석과 답변을 소스 스레드에서 대상 스레드로 이동하는 절차입니다. 그런 다음 대상 스레드에서 중복 게시물을 삭제했습니다. 영구적으로 삭제 된 상태로 유지되지만 평판이 좋은 사람뿐만 아니라 귀하에게도 표시됩니다.
— whuber

@ whuber 나는 병합에서 일어나는 일, 병합이 발생했는지 또는 많은 규칙이 무엇인지 끊임없이 알았지 만 몰랐습니다. stats.stackexchange.com/questions/251700/…을 제거하는 것을 고려 Hold하시겠습니까?
— Carl
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