는 어디에 있습니까


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다음과 같은 중앙 제한 정리의 매우 간단한 버전

n((1n∑i=1nXi)−μ) →d N(0,σ2)
는 Lindeberg–Lévy CLT입니다. 나는 왜 √ 가 있는지 이해하지 못한다n왼쪽의 n . 그리고 Lyapunov CLT는 말합니다
1sn∑i=1n(Xi−μi) →d N(0,1)
그러나 왜sn ? 누구든지 이러한 요소가 무엇인지 말해 주겠습니까?n 과1sn ? 우리는 어떻게 정리에서 그것들을 얻습니까?

3
이것은 stats.stackexchange.com/questions/3734에 설명되어 있습니다 . 그 대답은 "직관"을 요구하기 때문에 길다. "그러나이 간단한 근사법은 de Moivre가 원래 보편적 인 제한 분포가 있고 로그가 2 차 함수이고 적절한 스케일 팩터 sn 이 √에 비례해야 한다는 것을 어떻게 예상했는지 암시합니다.n .... "
— whuber

1
직관적으로 모든 σi=σ 이면 sn=∑σi2=nσ와 두 번째 줄은 첫 번째 줄부터옵니다 :
n((1n∑i=1nXi)−μ)=1n∑i=1n(Xi−μ)→d N(0,σ2)
를 σ = s n으로 나눕니다.σ=snn
1n∑i=1n(Xi−μ)snn=1sn∑i=1n(Xi−μi)→d N(0,1)
(물론 Lyapunov 상태, 모든 조합σi은 또 다른 질문입니다)
— Sextus Empiricus

답변:


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좋은 질문 (+1) !!

독립 랜덤 변수 와 Y의 경우 , V a r ( X + Y ) = V a r ( X ) + V a r ( Y ) 및 V a r ( a ⋅ X ) = a 2 ⋅ V a r ( X ) . 따라서 ∑ n i = 1 X i 의 분산 은XYVar(X+Y)=Var(X)+Var(Y)Var(a⋅X)=a2⋅Var(X)∑i=1nXi 이고 ˉ X = 1 의 분산∑i=1nσ2=nσ2는nσ2/n2=σ2/n입니다.X¯=1n∑i=1nXinσ2/n2=σ2/n

이것은 분산을 위한 것 입니다. 랜덤 변수를 표준화하려면 표준 편차로 나눕니다. 아시다시피 의 예상 값 은 μ 이므로 변수는X¯μ

는 값 0과 분산 1을 예상했습니다. 따라서 가우스 경향이있는 경우 표준 가우스N(0,

X¯−E(X¯)Var(X¯)=nX¯−μσ
. 첫 번째 방정식의 공식은 동일합니다. 왼쪽에 σ 를곱하여분산을 σ 2로 설정합니다.N(0,1)σσ2

두 번째 요점과 관련하여 위에서 설명한 방정식은 √가 아닌 로 나눠야한다고 설명합니다.σ 왜 사용을 설명하는 방정식을 표준화하기의N(의 추정σ)하지 √σsnσ) .sn

추가 : @whuber는 √로 스케일링 의 이유 를 논의 할 것을 제안합니다. . 그는거기에서 해냈지만 답이 너무 길기 때문에 나는 그의 논거의 본질을 포착하려고 노력할 것입니다.n

당신은 많은 수의 추가하는 경우 + 1과 -1의의를, 당신은 합이 될 확률에 근접 할 수 J 초등학교 계산에 의해합니다. 이 확률의 로그에 비례 - J 2 / N . 따라서 n 이 커질 때 위의 확률이 상수로 수렴 되도록하려면 O 에서 정규화 인자를 사용해야합니다 ( √nj−j2/nn.O(n)

최신 (post de Moivre) 수학적 도구를 사용하여, 검색된 확률이

P(j)=(nn/2+j)2n=n!2n(n/2+j)!(n/2−j)!

우리는 스털링 공식에 의해 대략적으로

P(j)≈nnen/2+jen/2−j2nen(n/2+j)n/2+j(n/2−j)n/2−j=(11+2j/n)n+j(11−2j/n)n−j.

log⁡(P(j))=−(n+j)log⁡(1+2j/n)−(n−j)log⁡(1−2j/n)∼−2j(n+j)/n+2j(n−j)/n∝−j2/n.

Michael C.와 guy의 이전 답변에 대한 나의 의견을 참조하십시오.
— whuber

첫 번째 방정식 (LL CLT) s / b n((1n∑i=1nXi)−μ) →d N(0,1)σ2

평균과 분산 (표준 편차가 아닌)으로 가우시안을 매개 변수화하면 OP의 공식이 정확하다고 생각합니다.
— gui11aume

1
Ahh .. 곱하면 에 의해 우리는 (영업으로 표시 한 것을 얻을 취소) : 즉 . 그러나 VAR (aX) = a ^ 2Var (X) 여기서이 경우 a = 이고 Var (X)는 1이므로 분포는 . ˉ X - E ( ˉ X )X¯−E(X¯)Var(X¯)=nX¯−μσ→d N(0,1) σσ√X¯−E(X¯)Var(X¯)σσσ2N(0,n((1n∑i=1nXi)−μ)σ2N(0,σ2)
— B_Miner

Gui, 너무 늦지 않으면 나는 이것이 올바른지 확인하고 싶었다. 우리가 라고 가정하면X¯−E(X¯)Var(X¯)=n(X¯−μ)→d N(0,1)σn(X¯−μ)σ

8

랜덤 변수의 합의 분포를 제한 할 수있는 분포의 종류에 대한 좋은 이론이 있습니다. 좋은 자료는 Petrov 의 다음 책 입니다. 개인적으로 엄청나게 즐겼습니다.

1an∑i=1nXn−bn,(1)
Xi

당시에는 많은 수학이 진행되고 있으며,이 이론은 한계에서 일어나는 일을 완전히 특징 짓는 몇 가지 이론으로 귀결됩니다. 그러한 이론 중 하나는 Feller 때문입니다.

{Xn;n=1,2,...}Vn(x)Xnan

max1≤k≤nP(|Xk|≥εan)→0, for every fixed ε>0

과

supx|P(an−1∑k=1nXk<x)−Φ(x)|→0

필요하고 충분하다

∑k=1n∫|x|≥εandVk(x)→0 for every fixed ε>0,

an−2∑k=1n(∫|x|<anx2dVk(x)−(∫|x|<anxdVk(x))2)→1

과

an−1∑k=1n∫|x|<anxdVk(x)→0.

이 정리는 모양에 대한 아이디어를 제공합니다 .an

이 책의 일반적인 이론은 규범 상수가 어떤 식 으로든 제한되는 방식으로 구성되었지만 필요하고 충분한 조건 을 제공하는 최종 이론 은 이외의 상수를 규명 할 여지를 남기지 않습니다 .n


4

s 은 표본 평균에 대한 표본 표준 편차를 나타냅니다. s 는 표본 평균에 대한 표본 분산이며 S / n 과 같습니다 . 여기서 S 는 모집단 분산의 표본 추정치입니다. s = S / √n이므로 √n이 첫 번째 공식에서 어떻게 나타나는지 설명합니다. 한계가 있다면 분모에 σ가있을 것입니다.nn2n2n2nn

N (0,1)이지만 한계는 N (0, σ )로 지정됩니다. S의 때문에 이 한계 취출 σ에 secnd 식에서 이용 σ 일관된 추정치이다.2n


질문의 다른 (더 기본적이고 중요한) 부분은 어떻습니까? 왜 이며 다른 분산 측정 기준은 아닌가? sn
— whuber

@whuber 그것은 토론을위한 것 일지 모르지만 그것은 질문의 일부가 아닙니다. OP는 방금 s 및 √n이 CLT의 수식에 나타나는 이유를 알고 싶었습니다 . 물론 은 σ와 일치하고 CLT σ의 형태로 제거되기 때문에 존재합니다. nn
— Michael Chernick

1
나에게 이 " 대해 일관성이 있기 때문에"존재 것은 분명하지 않다 . 을 사용하여 극단적 인 값의 통계를 정상화하는 데 사용 하지 않는 이유는 무엇 입니까? 간단하고 자명 한 것을 놓치고 있습니까? 그리고 OP를 반향하려면 사용하지 마십시오. 일치합니다 ! snσsnsnσ
— whuber

언급 된 정리는 N (0,1)에 수렴하므로 σ를 알고 사용하거나 Slutsky의 정리에 의해 작동하는 일관된 추정치를 사용해야합니다. 불분명 했습니까?
— Michael Chernick

나는 당신이 명확하지 않다고 생각합니다. 중요한 점이 빠져 있다고 생각합니다. 결국 많은 분포에서 대신 IQR을 사용하여 제한 정규 분포를 얻을 수 있지만 결과는 깔끔하지 않습니다 (제한 분포의 SD는 시작하는 분포에 따라 다릅니다). 나는 이것이 부르고 설명 할 가치가 있다고 제안하고 있습니다. 40 년 동안 개발 한 직관이없는 사람에게는 그들이 직면 한 모든 분포를 표준화하는 것은 분명하지 않을 것입니다! sn
— whuber

2

직관적으로, 일부 대해 이면 은 대략 와 같습니다. 나는 그것이 일반적으로 필요하다고 생각하지 않지만 꽤 합리적인 기대처럼 보입니다. 첫 번째 표현식에서 의 이유 는 의 분산이 과 같이 이되고 이 분산을 팽창시켜 표현식이 단지 동일한 분산을 갖기 때문입니다. . 두 번째 표현식에서 이라는 용어 는Zn→N(0,σ2)σ2Var(Zn)σ2nX¯n−μ01nnσ2sn∑i=1nVar(Xi)분자의 분산은 과 같이 커지 므로 전체 표현식의 분산은 상수입니다 ( 이 경우 ).∑i=1nVar(Xi)1

본질적으로, 우리는 의 분포와 함께 "흥미로운"무언가가 일어나고 있다는 것을 알고 있지만, 우리가 올바르게 중심을 하지 않으면 그것을 볼 수 없습니다. 나는 이것이 때때로 현미경을 조정할 필요가 있다고 들었습니다. 만약 우리가 의해 를 폭파시키지 않으면 우리는 약한 법칙에 의해 을 갖게 됩니다; CLT만큼 유익하지는 않지만 그 자체의 흥미로운 결과. 이 지배 하는 인자 을 팽창 , 여전히 을 얻는 반면, 어떤 인자 은 을 지배합니다X¯n:=1n∑iXiX¯−μnX¯n−μ→0an an( ˉ X n−μ)→0an √nan(X¯n−μ)→0an an( ˉ X n−μ)→∞ √n제공 . 그것은 밝혀 ; 거의 확실 융합에 대한 흥미 확대의 또 다른 수준이 상승을 제공하는 여기에 모든 집중 분포입니다 : 딱 맞는 배율 (주이 경우에 무슨 일이 일어나고 있는지 볼 수있을 것입니다 반복 로그의 법칙에 따라).an(X¯n−μ)→∞n


4
먼저 해결해야 할보다 근본적인 문제는 SD가 분산 측정에 사용되는 이유입니다. 왜 절대 중앙 의 다른 값에 대한 순간 ? 아니면 왜 IQR이나 그 친척이 아닌가? 일단 대답하면, 공분산의 간단한 속성은 @ Gui11aume이 최근에 설명했듯이 의존성을 즉시 제공합니다 . k √kthkn
— whuber

1
@ whuber 동의합니다. 이것이 휴리스틱으로 제시된 이유입니다. 나는 그것을 듣고 싶어하지만 간단한 설명을 할 수 있는지 확실하지 않습니다. 저에게 "제곱 항이 평균을 빼면 특성 함수의 Taylor 확장에 관련된 용어이기 때문에"더 간단하고 설명 가능한 이유가 있는지 확실하지 않습니다.
— guy
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