2D 정규 분포 반지름의 샘플링 분포


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평균 및 공분산 행렬 갖는 이변 량 정규 분포는 반지름 r 및 각도 \ theta의 극좌표 로 다시 쓸 수 있습니다 . 내 질문은 : 샘플 공분산 행렬 S가 주어 졌을 때 \ hat {r} 의 샘플링 분포 , 즉 점 x 에서 추정 된 중심 \ bar {x} 까지의 거리는 얼마입니까?ΣμΣθ R X ˉ X S아르 자형θ아르 자형^엑스엑스¯에스

배경 : 점 x 에서 평균 \ mu 까지 의 실제 거리 아르 자형 은 Hoyt 분포를 따릅니다 . 고유치와 \ lambda_ {1} \ lambda_ {2} 의 \ 시그마 및 \ lambda_ {1}> \ lambda_ {2} , 형상 파라미터가 Q = \ FRAC {1} {\ SQRT {(\ lambda_ {1 } + \ lambda_ {2}) / \ lambda_ {2})-1}} 이며 스케일 매개 변수는 \ omega = \ lambda_ {1} + \ lambda_ {2} 입니다. 누적 분포 함수는 두 Marcum Q 함수의 대칭적인 차이로 알려져 있습니다.엑스μλ1,λ2Σλ1>λ2큐=1(λ1+λ2)/λ2)−1ω=λ1+λ2

시뮬레이션은 \ mu 및 \ Sigma 에 대한 추정 엑스¯ 및 에스 를 실제 cdf에 연결하면 큰 샘플에는 작동하지만 작은 샘플에는 작동하지 않습니다. 다음 다이어그램은 200 번의 결과를 보여줍니다.μΣ

  • 주어진 큐 ( 엑스 축), ω (행) 및 Quantile (열)의 각 조합에 대해 20 개의 2D 법선 벡터 시뮬레이션
  • 각 샘플에 대해 관측 된 반경의 주어진 Quantile을 계산합니다. 아르 자형^ ~ 엑스¯
  • 각 표본에 대해 이론적 Hoyt (2D 법선) cdf 및 표본 추정치 엑스¯ 및 S에 꽂은 후 이론적 Rayleigh cdf에서 Quantile을 계산합니다 에스.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

마찬가지로 (분포가 원형이된다)에 접근 한, 추정 호이트의 분위는 영향을받지 추정 레일리 분위수 접근 . 으로 특히 분포의 꼬리에서 경험 분위 추정 사람들이 증가 사이의 차이를, 성장한다.q ω큐큐ω


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질문이 뭐야?
— John

@John은 다음과 같은 질문을 강조했다. "[반지름] 의 샘플링 분포는 무엇입니까 ? 즉, 샘플 공분산 행렬 S가 주어진 점 x 에서 추정 된 중심 ˉ x 까지의 거리는 얼마입니까?" 아르 자형엑스엑스¯에스
— caracal

왜 R 반대로 ^ R 이 ? 아르 자형^아르 자형2^
— SomeEE

@MathEE는 r에 단순히 때문에 내가 (사실)의 분포와 관련되어 알고있는 문헌 연구 ,하지 (참) R 2 . 이것은이 질문 에서 논의 된 마할 라 노비스 거리의 상황과는 다르다는 점에 유의하십시오 . 물론,의 분포에 대한 결과 R 2는 매우 환영 할 것이다. 아르 자형^아르 자형아르 자형2아르 자형^2
— caracal

답변:


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당신이 게시물에 언급 한 바와 같이 우리의 추정치의 분포를 알고 우리가 주어지면 μ 우리는 추정치의 분포를 알 수 있도록 ^ R 2 t R 유 전자 진실의 R 2 .아르 자형티아르 자형유이자형^μ아르 자형티아르 자형유이자형2^아르 자형2

우리는 ^ r 2 = 1 의 분포를 구하고 싶습니다여기서xi는 열 벡터로 표시됩니다.

아르 자형2^=1엔∑나는=1엔(엑스나는−엑스¯)티(엑스나는−엑스¯)
엑스나는

우리는 이제 표준 트릭을 수행합니다

여기서(1)은 식1에서 발생합니다.

아르 자형티아르 자형유이자형2^=1엔∑나는=1엔(엑스나는−μ)티(엑스나는−μ)=1엔∑나는=1엔(엑스나는−엑스¯+엑스¯−μ)티(엑스나는−엑스¯+엑스¯−μ)=[1엔∑나는=1엔(엑스나는−엑스¯)티(엑스나는−엑스¯)]+(엑스¯−μ)티(엑스¯−μ)(1)=아르 자형2^+(엑스¯−μ)티(엑스¯−μ)
(1) 및 조옮김.
1엔∑나는=1엔(엑스나는−엑스¯)티(엑스¯−μ)=(엑스¯−엑스¯)티(엑스¯−μ)=0

알 샘플 공분산 행렬의 트레이스이고 S 및 ( ¯ X - μ ) T ( ¯ X - μ ) 만을 선택 샘플에 따라 평균 ¯ X . 따라서 우리는 ^ r 2 t r u e = ^ r 2 + ( ¯ x − μ ) T ( ¯ x − μ ) 라고 썼습니다. 아르 자형2^에스(엑스¯−μ)티(엑스¯−μ)엑스¯

아르 자형티아르 자형유이자형2^=아르 자형2^+(엑스¯−μ)티(엑스¯−μ)
두 개의 독립적 인 랜덤 변수의 합으로 우리는 와 ( ¯ x − μ ) T ( ¯ x − μ ) 의 분포를 알고 있으므로 특성 함수를 곱한 표준 트릭을 통해 수행됩니다.아르 자형티아르 자형유이자형2^(엑스¯−μ)티(엑스¯−μ)

추가하기 위해 편집 :

Hoyt이므로 pdf f ( ρ ) = 1 + q 2입니다.||엑스나는−μ|| 여기서I0은첫 번째 종류의0th수정 된 Bessel 함수입니다.

에프(ρ)=1+큐2큐ωρ이자형−(1+큐2)24큐2ωρ2나는영형(1−큐44큐2ωρ2)
나는00티h

이는 pdf의 는 f ( ρ ) = 1입니다.||엑스나는−μ||2

에프(ρ)=121+큐2큐ω이자형−(1+큐2)24큐2ωρ나는0(1−큐44큐2ωρ).

ㅏ=1−큐44큐2ω비=−(1+큐2)24큐2ω씨=121+큐2큐ω

||엑스나는−μ||2

{씨(에스−비)2−ㅏ2(에스−비)>ㅏ0 그밖에

아르 자형티아르 자형유이자형2^

{씨엔((에스/엔−비)2−ㅏ2)엔/2(에스/엔−비)>ㅏ0그밖에
||엑스¯−μ||2
{엔씨(에스−엔비)2−(엔ㅏ)2=씨(에스/엔−비)2−ㅏ2(에스/엔−비)>ㅏ0 그밖에

이것은 의 모멘트 생성 함수 임을 의미합니다.아르 자형2^

{씨엔−1((에스/엔−비)2−ㅏ2)(엔−1)/2(에스/엔−비)>ㅏ0 그밖에.

아르 자형2^

지(ρ)=π엔씨엔−1Γ(엔−12)(2나는ㅏ엔ρ)(2−엔)/2이자형비엔ρ제이엔/2−1(나는ㅏ엔ρ).

감사합니다! 수락하기 전에 세부 사항을 해결해야합니다.
— caracal

아르 자형진실2^∼호이트||엑스¯−μ||2∼엔(0,1엔Σ)아르 자형2^아르 자형2^Σ티

전체 답변에 대한 답변을 수정했습니다. 동의하면 알려주십시오.
— SomeEE

Σ아르 자형2^에스1엔∑나는=1엔(엑스나는−엑스¯)티에스−1(엑스나는−엑스¯)1

||엑스나는−μ||2아르 자형2Γ(큐,ω큐)Γ
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