감마 분포 로그의 예상 값은 얼마입니까?


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의 예상 값 이 인 경우 의 예상 값은 입니까 ? 분석적으로 계산할 수 있습니까?지ㅏ미디엄미디엄ㅏ(α,β)αβ로그⁡(지ㅏ미디엄미디엄ㅏ(α,β))

내가 사용하는 매개 변수는 모양 속도입니다.


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만약 다음 mathStatica / 티카에있어서, + PolyGamma [A] PolyGamma는 디 감마 함수를 나타내고E [ log ( X ) ] = log ( b )엑스∼감마(ㅏ,비)이자형[로그⁡(엑스)]=로그⁡(비)
— wolfies

1
감마 변수의 pdf 형식을 제공하지 말고 평균이 임을보고했기 때문에 (나를 위해 일 것입니다. 당신의a b β = 1 / bα/βㅏ비β=1/비
— 늑대

사실, 미안 내가 사용하는 매개 변수는 모양 속도입니다. βαΓ(α)엑스α−1이자형−β엑스 I는이 파라미터를 찾기 위해 노력할 것입니다. Mathematica / WolframAlpha에 대한 검색어를 제안 해 주시겠습니까?
— Stefano Vespucci

1
Johnson, Lotz 및 Balakrishna (1994) 연속 일 변량 분포 Vol 1 2nd Ed도 참조하십시오. 337-349 쪽.
— Björn

답변:


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이것은 (아마도 놀랍게도) 쉬운 기본 연산으로 수행 할 수 있습니다 (리차드 페인 만 (Richard Feynman)이 매개 변수와 관련하여 적분 부호로 차별화하는 가장 좋아하는 트릭을 사용함).


우리는 X 가 Γ(α,β) 분포를 가지고 있다고 가정 하고 Y=log⁡(X). 의 기대치를 찾고자합니다 . 먼저, β 는 스케일 파라미터 이므로 로그 β 만큼 로그 를 이동 시키는 효과가 있습니다 . (당신이 사용하는 경우 β A와 속도 매개 변수, 질문에서, 그것은으로 로그 이동합니다 - 로그 β를 . )이 허가 우리를 작업 할 수있는 경우와 β = 1.log⁡β.β−log⁡β.β=1.

이 단순화 후 엑스 의 확률 요소 는

에프엑스(엑스)=1Γ(α)엑스α이자형−엑스디엑스엑스

여기서 Γ(α) 는 정규화 상수입니다.

Γ(α)=∫0∞엑스α이자형−엑스디엑스엑스.

대입 엑스=이자형와이, 수반 디엑스/엑스=디와이, 확률 소자 범 와이 ,

에프와이(와이)=1Γ(α)이자형α와이−이자형와이디와이.

와이 의 가능한 값은 이제 모든 실수 R에 걸쳐 있습니다.아르 자형.

에프와이 는 단일성과 통합되어야 하기 때문에 (사소한)

(1)Γ(α)=∫아르 자형이자형α와이−이자형와이디와이.

참고 에프와이(와이) 는 α. 의 미분 함수입니다 . 쉬운 계산은

디디α이자형α와이−이자형와이디와이=와이이자형α와이−이자형와이디와이=Γ(α)와이에프와이(와이).

다음 단계에서 해당 ID의 양쪽을 나눈 관계 이용한다 Γ(α), 이에 따라 매우 우리가 기대를 찾는 통합해야 오브젝트 노광하는 단계; 즉, 와이에프와이(와이):

E(Y)=∫RyfY(y)=1Γ(α)∫Rddαeαy−eydy=1Γ(α)ddα∫Reαy−eydy=1Γ(α)ddαΓ(α)=ddαlog⁡Γ(α)=ψ(α),

감마 함수의 대수 파생물 (일명 " polygamma ") 적분은 항등 ( 1 )을 사용하여 계산되었습니다 .(1).

계수 β 다시 도입하면 일반적인 결과는 다음과 같습니다.

E(log⁡(X))=log⁡β+ψ(α)

스케일 파라미터 화 (밀도 함수가 x/β 에 의존하는 경우 ) 또는

E(log⁡(엑스))=−로그⁡β+ψ(α)

비율 매개 변수화의 경우 (밀도 함수는 엑스β 의존 함 ).


폴리 감마 함수를 사용하면 디 감마 (@wolfies가 지적한대로), 트리 감마의 순서 (예 : 0,1)를 의미합니까?
— Stefano Vespucci

1
@Stefano I는 명시된 바와 같이 감마의 로그 유도체를 의미합니다. 이는 ψ(z)=Γ′(z)/Γ(z).
— whuber

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@whuber의 답변은 아주 좋습니다. 필자는 통계적 이론과 더 잘 연결되고 전반적인 기술의 힘을 분명히하는보다 일반적인 형태로 그의 답변을 근본적으로 다시 언급 할 것이다.

분포의 계열을 고려 {에프θ:θ∈Θ} consitute 지수 가족 들이 밀도 인정 의미

에프θ(엑스)=특급⁡{에스(엑스)θ−ㅏ(θ)+h(엑스)}
와 관련 일반적인 지배 조치 (보통 Lebesgue 또는 계수 조치). ∫ f θ ( x ) d x의 양변 미분
∫에프θ(엑스) 디엑스=1
θ 대하여 = 1 우리는점수 방정식에 도달
(†)∫에프θ'(엑스)=∫에프θ'(엑스)에프θ(엑스)에프θ(엑스)=∫유θ(엑스)에프θ(엑스) 디엑스=0
여기서유θ(엑스)=디디θ로그⁡에프θ(엑스)는점수 함수이며 우리는에프θ'(엑스)=디디θ에프θ(엑스). 지수 패밀리의 경우, 우리는
유θ(엑스)=에스(엑스)−ㅏ'(θ)
여기서ㅏ'(θ)=디디θㅏ(θ); 이는누적 생성 함수와 매우 밀접한 관련이 있기 때문에때때로누적 함수라고합니다. 이것은 지금부터 다음(†)이이자형θ[에스(엑스)]=ㅏ'(θ).

이제 이것이 요구 기대치를 계산하는 데 도움이된다는 것을 보여줍니다. 우리는 지수 군 f θ ( x ) = β α 로 고정 된 β 로 감마 밀도를 쓸 수 있습니다.

에프θ(엑스)=βαΓ(α)엑스α−1이자형−β엑스=특급⁡{로그⁡(엑스)α+α로그⁡β−로그⁡Γ(α)−β엑스}.
이것은 지수 가족에서α형으로에스(엑스)=로그⁡엑스및(α)=가로그Γ을(αㅏ(α)=로그⁡Γ(α)−α로그⁡β . 이제 d 를 계산하여 즉시 따라갑니다.디디αㅏ(α)이
이자형[로그⁡엑스]=ψ(α)−로그⁡β.


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+1이 좋은 일반화를 지적 해 주셔서 감사합니다.
— whuber
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