เคอร์โทซิส
ความโค้ง (จากภาษากรีก: κυρτός ( kyrtosหรือkurtos ) ซึ่งหมายถึง 'โค้ง, โค้งงอ') หมายถึงระดับความโค้ง ของหาง ในแผนภูมิการแจกแจงความน่าจะเป็นของตัวแปรสุ่มค่าจริงในทฤษฎีความน่าจะเป็นและสถิติคล้ายกับความเบ้ความโค้งช่วยให้เข้าใจลักษณะเฉพาะของการแจกแจงได้ มีวิธีการต่างๆ มากมายสำหรับการหาปริมาณความโค้งในการแจกแจงทางทฤษฎี และเทคนิคที่เกี่ยวข้องช่วยให้สามารถประมาณค่าได้จากข้อมูลตัวอย่างจากประชากร การวัดความโค้งที่แตกต่างกันอาจให้การตีความ ที่แตกต่าง กัน
การวัดค่าความโค้งมาตรฐานของการกระจายตัว ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากKarl Pearson [ 1 ] เป็นเวอร์ชันที่ปรับขนาดของโมเมนต์ ที่สี่ ของการกระจายตัว ตัวเลขนี้เกี่ยวข้องกับส่วนหางของการกระจายตัว ไม่ใช่จุดสูงสุด[ 2 ]ดังนั้น ลักษณะของความโค้งที่พบเห็นได้บางครั้งว่าเป็นความแหลมคมจึงไม่ถูกต้อง สำหรับการวัดนี้ ค่าความโค้งที่สูงขึ้นจะสอดคล้องกับความสุดขั้วที่มากขึ้นของค่าเบี่ยงเบน (หรือค่าผิดปกติ ) และไม่ใช่การจัดเรียงข้อมูลใกล้ค่าเฉลี่ย
ค่าความโค้งส่วนเกิน (Excess kurtosis) ซึ่งโดยทั่วไปจะเทียบกับค่า 0 นั้น บ่งบอกถึงลักษณะหางของกราฟ การกระจายตัว การกระจายตัวแบบปกติแบบตัวแปรเดียว (Univariate normal distribution ) จะมีค่าความโค้งส่วนเกินเท่ากับ 0 ค่าความโค้งส่วนเกินที่เป็นลบแสดงถึง การกระจายตัว แบบแพลทิเคอร์ติก (Platykurtic distribution) ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีจุดสูงสุดที่แบนราบ แต่จะสร้างค่าผิดปกติ (outliers) น้อยกว่าหรือรุนแรงน้อยกว่าการกระจายตัวแบบปกติ ตัวอย่างเช่นการกระจายตัวแบบเอกรูป (Uniform distribution) (เช่น การกระจายตัวที่มีค่าจำกัดอย่างสม่ำเสมอในช่วงขอบเขตหนึ่งและเป็นศูนย์ในส่วนอื่น) เป็นการกระจายตัวแบบแพลทิเคอร์ติก ในทางกลับกัน ค่าความโค้งส่วนเกินที่เป็นบวกแสดงถึง การกระจายตัว แบบเลปโตเคอร์ติก (Leptokurtic distribution) เช่น การกระจายตัวแบบลาปลา ซ (Laplace distribution)มีหางที่ลดลงช้ากว่าการกระจายตัวแบบปกติ ส่งผลให้มีค่าผิดปกติมากขึ้น เพื่อให้ง่ายต่อการเปรียบเทียบกับการกระจายตัวแบบปกติ ค่าความโค้งส่วนเกินจะคำนวณจากค่าความโค้งของเพียร์สัน (Pearson's kurtosis) ลบด้วย 3 ผู้เขียนและซอฟต์แวร์บางโปรแกรมใช้คำว่าkurtosisเพื่ออ้างถึงค่าความโค้งส่วนเกินโดยเฉพาะ แต่บทความนี้จะแยกความแตกต่างระหว่างทั้งสองเพื่อความชัดเจน
มาตรวัดความโค้งทางเลือก ได้แก่L-kurtosisซึ่งเป็นเวอร์ชันปรับขนาดของL-moment ที่สี่ มาตรวัดที่อิงตามควอนไทล์ ประชากรหรือตัวอย่างสี่ ตัว[ 3 ] มาตรวัด เหล่านี้คล้ายคลึงกับมาตรวัดความเบี่ยงเบนทางเลือกที่ไม่ขึ้นอยู่กับโมเมนต์ปกติ[ 3 ]
ช่วงเวลาของเพียร์สัน
ค่าความโค้ง (kurtosis) คือค่าโมเมนต์มาตรฐานลำดับ ที่สี่ ซึ่งกำหนดไว้ดังนี้
โดยที่μ⁴คือโมเมนต์กลางลำดับ ที่สี่ และσคือค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานมีการใช้ตัวอักษรหลายตัวในเอกสารวิชาการเพื่อแสดงถึงค่าความโค้ง (kurtosis) ตัวเลือกที่นิยมใช้มากคือซึ่งก็ใช้ได้ตราบใดที่ชัดเจนว่าไม่ได้หมายถึงค่าสะสม (cumulant ) ตัวเลือกอื่นๆ ได้แก่γ²ซึ่งคล้ายกับสัญลักษณ์ที่ใช้สำหรับค่าความเบ้ (skewness) แม้ว่าบางครั้งจะสงวนไว้สำหรับค่าความโค้งส่วนเกิน (excess kurtosis) แทนก็ตาม บริษัท Pearson β² ประจำ
ค่าความโค้งถูกจำกัดด้านล่างด้วยค่าความเบี่ยง เบนกำลังสอง บวก 1: [ 4 ] : 432 โดยที่μ คือโมเมนต์กลางลำดับที่สาม ขอบล่างเกิดขึ้นจากการกระจายแบบเบอร์นูลลีไม่มีขีดจำกัดบนสำหรับค่าความโค้งของการกระจายความน่าจะเป็นทั่วไป และอาจเป็นอนันต์ได้
เหตุผลหนึ่งที่ผู้เขียนบางคนนิยมใช้ค่าความโค้งส่วนเกิน (excess kurtosis) คือ ค่าคุมูลันต์ (cumulants) มี คุณสมบัติ แบบขยาย (extensive property) สูตรที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติแบบขยายจะแสดงออกมาได้เป็นธรรมชาติมากกว่าในรูปของค่าความโค้งส่วนเกิน ตัวอย่างเช่น ให้X , ..., X เป็นตัวแปรสุ่มอิสระที่มีโมเมนต์ลำดับที่สี่ และให้Yเป็นตัวแปรสุ่มที่กำหนดโดยผลรวมของX ค่าความโค้งส่วนเกินของYคือที่ไหนคือค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของX โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้า X ทั้งหมดมีค่าความแปรปรวนเท่ากัน สมการนี้จะลดรูปเหลือเพียง
เหตุผลที่ไม่ลบ 3 ออกก็คือ โมเมนต์พื้นฐานนั้นเหมาะสมกับการแจกแจงแบบหลายตัวแปร มากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่ได้สมมติความเป็นอิสระ ค่าโคเคอร์โทซิสระหว่างคู่ของตัวแปรเป็นเทนเซอร์ อันดับสี่ สำหรับการแจกแจงปกติแบบสองตัวแปร เทนเซอร์โคเคอร์โทซิสจะมีค่าในแนวทแยงที่ไม่ใช่ทั้ง 0 หรือ 3 โดยทั่วไป ดังนั้นการพยายาม "แก้ไข" ส่วนเกินจึงทำให้เกิดความสับสน อย่างไรก็ตาม เป็นความจริงที่ว่าค่าคูมูลันต์ร่วมที่มีดีกรีมากกว่าสองสำหรับการแจกแจงปกติแบบหลายตัวแปร ใดๆ ก็ตาม จะเป็นศูนย์
สำหรับตัวแปรสุ่มสองตัวXและYซึ่งไม่จำเป็นต้องเป็นอิสระต่อกัน ค่าความโค้ง (kurtosis) ของผลรวมX + Yคือ โปรดสังเกตว่า สัมประสิทธิ์ทวินาม กำลังสี่(1, 4, 6, 4, 1) ปรากฏอยู่ในสมการข้างต้น
การตีความ
การตีความค่าความโค้งของ Pearson (หรือความโค้งส่วนเกิน) เคยมีการถกเถียงกัน แต่ปัจจุบันเป็นที่ยอมรับกันดีแล้ว ดังที่ Westfall ตั้งข้อสังเกตไว้ในปี 2014 [ 2 ]ว่า "... การตีความที่ชัดเจนนั้นเกี่ยวข้องกับความสุดขั้วของส่วนหาง" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันสะท้อนให้เห็นถึงการมีอยู่ของค่าผิดปกติ (สำหรับความโค้งของตัวอย่าง) หรือแนวโน้มที่จะสร้างค่าผิดปกติ (สำหรับความโค้งของการกระจายความน่าจะเป็น) ตรรกะพื้นฐานนั้นตรงไปตรงมา: ความโค้งแสดงถึงค่าเฉลี่ย (หรือค่าที่คาดหวัง ) ของข้อมูลมาตรฐานที่ยกกำลังสี่ ค่ามาตรฐานที่น้อยกว่า 1 ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลภายในหนึ่งส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานจากค่าเฉลี่ย (ซึ่งเป็นจุดสูงสุด) จะมีส่วนร่วมเพียงเล็กน้อยต่อความโค้ง เนื่องจากเมื่อยกกำลังสี่ตัวเลขที่น้อยกว่า 1 จะทำให้ค่าเข้าใกล้ศูนย์มากขึ้น ปัจจัยที่มีความสำคัญต่อความโค้งคือค่าข้อมูลที่อยู่นอกบริเวณจุดสูงสุด นั่นคือ ค่าผิดปกติ ดังนั้น ค่าความโค้ง (kurtosis) จึงใช้วัดค่าผิดปกติเป็นหลัก และไม่ได้ให้ข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับจุดสูงสุดตรงกลาง
ความเข้าใจผิดมากมายเกี่ยวกับความโค้งของกราฟเกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่องความแหลมคม ความเข้าใจผิดประการหนึ่งคือ ความโค้งของกราฟวัดทั้งความแหลมคมของกราฟการกระจายและน้ำหนักของส่วนหาง [ 5 ] การตีความที่ไม่ถูกต้องอื่นๆ รวมถึงแนวคิดเช่นการขาดไหล่ (โดยที่ไหล่หมายถึงพื้นที่ระหว่างจุดสูงสุดและส่วนหางอย่างคลุมเครือ หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือบริเวณประมาณหนึ่งส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานจากค่าเฉลี่ย) หรือภาวะสองยอด[ 6 ] บาลันดาและแมคกิลลิฟเรย์โต้แย้งว่าคำจำกัดความมาตรฐานของความโค้งของกราฟ "ไม่สามารถจับความโค้ง ความแหลมคม หรือน้ำหนักของส่วนหางของกราฟการกระจายได้อย่างไม่ดี" พวกเขาเสนอคำจำกัดความที่คลุมเครือของความโค้งของกราฟแทนว่าเป็นการเคลื่อนที่ของมวลความน่าจะเป็นจากไหล่ของกราฟการกระจายไปยังจุดศูนย์กลางและส่วนหาง โดยไม่ขึ้นกับตำแหน่งและมาตราส่วน [ 5 ]
การตีความของมัวร์
ในปี พ.ศ. 2529 Moors ได้ให้การตีความของ kurtosis [ 7 ]ให้โดยที่Xคือตัวแปรสุ่ม, μคือค่าเฉลี่ย และσคือค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน
ตามนิยามของค่าความโค้ง (kurtosis)และด้วยอัตลักษณ์ที่เป็นที่รู้จักกันดี
ค่าความโค้ง (kurtosis) สามารถมองได้ว่าเป็นตัววัดการกระจายตัวของZ² รอบค่าคาดหวัง หรืออีกนัยหนึ่ง สามารถมองได้ว่าเป็นตัววัดการกระจายตัวของZรอบค่า+1และ−1ค่าκจะมีค่าต่ำสุดในการกระจายแบบสมมาตรสองจุด ในแง่ของตัวแปรดั้งเดิมX ค่าความโค้งเป็นตัววัดการกระจายตัวของXรอบค่าสองค่าμ ± σ
ค่าκ ที่สูง มักเกิดขึ้นเมื่อมวลความน่าจะเป็นกระจุกตัวอยู่รอบค่าเฉลี่ย และกระบวนการสร้างข้อมูลทำให้เกิดค่าที่อยู่ห่างไกลจากค่าเฉลี่ยเป็นครั้งคราว หรือเกิดขึ้นเมื่อมวลความน่าจะเป็นกระจุกตัวอยู่ที่ส่วนปลายของกราฟการกระจายตัว
เอนโทรปีสูงสุด
เอนโทรปีของการกระจายตัวคือ
สำหรับใดๆกับบวกแน่นอน ในบรรดาการแจกแจงความน่าจะเป็นทั้งหมดบนด้วยค่าเฉลี่ยและความแปรปรวนร่วมการกระจายแบบปกติมีเอนโทรปีมากที่สุด
เนื่องจากความหมายและความแปรปรวนร่วมเนื่องจากโมเมนต์สองตัวแรกนั้น เป็นเรื่องปกติที่จะพิจารณาขยายไปยังโมเมนต์ที่สูงกว่า ในความเป็นจริง โดยใช้ วิธี ตัวคูณลากรางจ์สำหรับโมเมนต์ n ตัวแรกที่กำหนดไว้ หากมีการกระจายความน่าจะเป็นในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งหากมีโมเมนต์ที่กำหนดไว้ (หากเป็นไปได้) ก็จะเป็นการกระจายเอนโทรปีสูงสุดภายใต้ข้อจำกัดที่กำหนด[ 8 ] [ 9 ]
โดยการขยายแบบอนุกรม ดังนั้นหากตัวแปรสุ่มมีการกระจายความน่าจะเป็น, ที่ไหนถ้าค่าความโค้งเป็นค่าคงที่ของการปรับมาตรฐาน ค่าความโค้งของมันจะเป็น[ 10 ]
ความโค้งส่วนเกิน
ค่าความโค้งส่วนเกิน (Excess Kurtosis)ถูกกำหนดให้เป็นค่าความโค้งลบด้วย 3 โดยมีสามสภาวะที่แตกต่างกันดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง
เมโซเคอร์ติก
การแจกแจงที่มีค่าความโค้งส่วนเกินเป็นศูนย์เรียกว่า การแจกแจงแบบเมโซเคอร์ติกหรือเมโซคุร์โทติกตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของการแจกแจงแบบเมโซเคอร์ติกคือตระกูลการแจกแจงปกติ โดยไม่คำนึงถึงค่าของพารามิเตอร์การแจกแจงอื่นๆ ที่รู้จักกันดีอีกเล็กน้อยก็สามารถเป็นแบบเมโซเคอร์ติกได้ ขึ้นอยู่กับค่าของพารามิเตอร์ ตัวอย่างเช่นการแจกแจงทวินามเป็นแบบเมโซเคอร์ติกสำหรับ.
เลปโตเคอร์ติก
การแจกแจงที่มี ค่าความโค้งส่วนเกิน เป็นบวกเรียกว่าการแจกแจงแบบเลปโตเคอร์ติกหรือเลปโตเคอร์โทติก การแจกแจงแบบเลปโตเคอร์ติกจะมี หางที่หนากว่า ( เลปโต-หมายถึง 'เรียว' ซึ่งเดิมหมายถึงจุดสูงสุด[ 11 ] ) ตัวอย่างของการแจกแจงแบบเลปโตเคอร์ติก ได้แก่การแจกแจงแบบ t ของนักเรียนการแจกแจงแบบเรย์ลีการแจกแจงแบบลาปลาสการแจกแจงแบบเอกซ์โพเนนเชียลการแจกแจงแบบปัวซงและการแจกแจงแบบโลจิสติกการแจกแจงดังกล่าวบางครั้งเรียกว่าซูเปอร์เกาส์เซียน[ 12 ]

แพลตีเคอร์ติก

การแจกแจงที่มี ค่าความโค้งส่วนเกินเป็น ลบเรียกว่าplatykurticหรือplatykurtoticการแจกแจงแบบ platykurtic จะมีหางที่บางกว่า ( platy-หมายถึง 'กว้าง' ซึ่งเดิมหมายถึงจุดสูงสุด) [ 13 ] ตัวอย่างของการแจกแจงแบบ platykurtic ได้แก่การแจกแจงแบบเอกรูปต่อเนื่องและ แบบไม่ต่อเนื่อง และการแจกแจงแบบโคไซน์ยกกำลังการแจกแจงแบบ platykurtic มากที่สุดคือการแจกแจงแบบเบอร์นูลลีที่มีp = 1/2 (ตัวอย่างเช่น จำนวนครั้งที่ได้หัวเมื่อโยนเหรียญหนึ่งครั้ง)ซึ่งค่าความโค้งส่วนเกินคือ −2
ตัวอย่างกราฟิก
ตระกูลเพียร์สันแบบ VII


ผลกระทบของความโค้ง (kurtosis) แสดงให้เห็นโดยใช้ตระกูลการแจกแจงแบบพาราเมตริกซึ่งสามารถปรับความโค้งได้ ในขณะที่โมเมนต์และคูมูลันต์ลำดับต่ำกว่ายังคงที่ พิจารณาตระกูลการแจกแจงแบบเพียร์สันประเภท VIIซึ่งเป็นกรณีพิเศษของตระกูลการแจกแจงแบบเพียร์สันประเภท IVที่จำกัดเฉพาะความหนาแน่นแบบสมมาตรฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็น (PDF) กำหนดโดย โดยที่aคือพารามิเตอร์มาตราส่วนและmคือพารามิเตอร์รูปร่าง
ความหนาแน่นทั้งหมดในตระกูลนี้มีความสมมาตร โมเมนต์ลำดับที่k จะมีอยู่ก็ต่อเมื่อ m > ( k + 1)/2สำหรับการมีอยู่ของค่าความโค้ง เราต้องมีm > 5/2จากนั้นค่าเฉลี่ยและค่าความเบี่ยงเบนจะมีอยู่และเป็นศูนย์ทั้งคู่ การกำหนดa² = 2m − 3จะทำให้ค่าความแปรปรวนเท่ากับหนึ่ง จากนั้นพารามิเตอร์อิสระเพียงตัวเดียวคือmซึ่งควบคุมโมเมนต์ลำดับที่สี่ (และค่าสะสม) และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมค่าความโค้ง เราสามารถกำหนดพารามิเตอร์ใหม่ได้ด้วย, ที่ไหนคือค่าความโค้งส่วนเกินตามที่นิยามไว้ข้างต้น ซึ่งจะได้ตระกูลเลปโตเคอร์ติกแบบพารามิเตอร์เดียวที่มีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์ ความแปรปรวนเป็นหนึ่ง ความเบ้เป็นศูนย์ และค่าความโค้งส่วนเกินที่ไม่เป็นลบตามอำเภอใจ ความหนาแน่นที่ปรับพารามิเตอร์ใหม่คือ
ในขีดจำกัดเมื่อจึงได้ความหนาแน่น ซึ่งแสดงเป็นเส้นโค้งสีแดงในภาพด้านขวา
ในทิศทางตรงกันข้ามกับจะได้ ความหนาแน่น ปกติมาตรฐานเป็นค่าจำกัดของการกระจายตัว ซึ่งแสดงด้วยเส้นโค้งสีดำ
ในภาพด้านขวา เส้นโค้งสีน้ำเงินแสดงถึงความหนาแน่นโดยมีค่าความโค้งส่วนเกิน (excess kurtosis) เท่ากับ 2 ภาพด้านบนแสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นแบบเลปโตเคอร์ติก (leptokurtic densities) ในตระกูลนี้มีจุดสูงสุดที่สูงกว่าความหนาแน่นแบบเมโซเคอร์ติก (mesokurtic normal density) แม้ว่าข้อสรุปนี้จะใช้ได้เฉพาะกับตระกูลการแจกแจงที่เลือกไว้เท่านั้น หางที่ค่อนข้างหนากว่าของความหนาแน่นแบบเลปโตเคอร์ติกแสดงให้เห็นในภาพที่สอง ซึ่งแสดงค่าลอการิทึมธรรมชาติของความหนาแน่นแบบเพียร์สันประเภท VII: เส้นโค้งสีดำคือลอการิทึมของความหนาแน่นแบบปกติมาตรฐาน ซึ่งเป็นพาราโบลาจะเห็นได้ว่าความหนาแน่นแบบปกติจัดสรรมวลความน่าจะเป็นน้อยให้กับบริเวณที่อยู่ห่างจากค่าเฉลี่ย (มีหางบาง ) เมื่อเทียบกับเส้นโค้งสีน้ำเงินของความหนาแน่นแบบเพียร์สันประเภท VII แบบเลปโตเคอร์ติกที่มีค่าความโค้งส่วนเกินเท่ากับ 2 ระหว่างเส้นโค้งสีน้ำเงินและสีดำคือความหนาแน่นแบบเพียร์สันประเภท VII อื่นๆ ที่มี= 1 , 1/2, 1/4, 1/8 และ 1/16 เส้นโค้งสีแดงแสดงถึงขีดจำกัดบนของตระกูล Pearson ประเภท VII อีกครั้ง โดยมี(ซึ่งในเชิงไวยากรณ์แล้ว หมายความว่าโมเมนต์ที่สี่ไม่มีอยู่จริง) เส้นโค้งสีแดงลดลงช้าที่สุดเมื่อเคลื่อนออกไปจากจุดกำเนิด (มีหางหนา )
การแจกแจงอื่นๆ ที่เป็นที่รู้จักกันดี


ในที่นี้จะเปรียบเทียบการแจกแจงแบบเอกโมดอลและสมมาตรที่เป็นที่รู้จักกันดีหลายแบบจากตระกูลพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน โดยแต่ละแบบมีค่าเฉลี่ยและความเบี่ยงเบนเป็นศูนย์ พารามิเตอร์ต่างๆ ถูกเลือกเพื่อให้ได้ค่าความแปรปรวนเท่ากับ 1 ในแต่ละกรณี ภาพทางด้านขวาแสดงเส้นโค้งสำหรับการแจกแจงความหนาแน่นทั้งเจ็ดแบบต่อไปนี้ ทั้งในมาตราส่วนเชิงเส้นและมาตราส่วนลอการิทึม :
- D: การแจกแจงแบบลาปลาซหรือที่รู้จักกันในชื่อการแจกแจงแบบเลขชี้กำลังคู่ เส้นโค้งสีแดง (เส้นตรงสองเส้นในกราฟมาตราส่วนลอการิทึม) ค่าความโค้งส่วนเกิน = 3
- S: การกระจายแบบไฮเปอร์โบลิกซีแคนต์เส้นโค้งสีส้ม ค่าความโค้งส่วนเกิน = 2
- L: การแจกแจงแบบโลจิสติกเส้นโค้งสีเขียว ค่าความโค้งส่วนเกิน = 1.2
- N: การแจกแจงแบบปกติเส้นโค้งสีดำ (พาราโบลาคว่ำในกราฟมาตราส่วนลอการิทึม) ค่าความโค้งส่วนเกิน = 0
- C: การกระจายโคไซน์ยกกำลังเส้นโค้งสีฟ้า ค่าความโค้งส่วนเกิน = −0.593762...
- W: การกระจายแบบครึ่งวงกลมของวิกเนอร์เส้นโค้งสีน้ำเงิน ค่าความโค้งส่วนเกิน = −1
- U: การกระจายแบบสม่ำเสมอเส้นโค้งสีม่วงแดง (แสดงเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าในทั้งสองภาพเพื่อให้เข้าใจง่าย) ค่าความโค้งส่วนเกิน = −1.2
โปรดทราบว่าในกรณีเหล่านี้ ความหนาแน่นแบบแพลทิเคอร์ติกจะมีขอบเขต จำกัด ในขณะที่ความหนาแน่นที่มีค่าความโค้งส่วนเกินเป็นบวกหรือเป็นศูนย์จะครอบคลุมอยู่บนเส้นจำนวนจริงทั้งหมด
เราไม่สามารถสรุปได้ว่าการแจกแจงที่มีค่าความโค้งสูงหรือต่ำจะมีลักษณะตามตัวอย่างเหล่านี้ มีการแจกแจงแบบแพลตีเคอร์ติกที่มีช่วงรองรับอนันต์ เช่นการแจกแจงกำลังเอกซ์โพเนนเชียล ที่มีพารามิเตอร์รูปร่าง bมากพอและมีการแจกแจงแบบเลปโตเคอร์ติกที่มีช่วงรองรับจำกัด ตัวอย่างของแบบหลังคือการแจกแจงที่เป็นเอกรูปในช่วงระหว่าง −3 ถึง −0.3 ระหว่าง −0.3 ถึง 0.3 และระหว่าง 0.3 ถึง 3 โดยมีความหนาแน่นเท่ากันในช่วง (−3, −0.3) และ (0.3, 3) แต่มีความหนาแน่นมากกว่า 20 เท่าในช่วง (−0.3, 0.3)


นอกจากนี้ เราไม่สามารถอนุมานจากกราฟได้ว่าการกระจายความโค้งที่สูงกว่าจะมีความชัน มากกว่า และการกระจายความโค้งที่ต่ำกว่าจะมีความชันน้อยกว่า มีความหนาแน่นแบบแพลตีเคอร์ติกที่มีความชันเป็นอนันต์ เช่น การผสมที่เท่ากันของการกระจายแบบเบต้าที่มีพารามิเตอร์ 0.5 และ 1 โดยมีการสะท้อนรอบ 0.0 และมีความหนาแน่นแบบเลปโตเคอร์ติกที่ดูเหมือนยอดแบน เช่น การผสมของการกระจายที่เป็นเอกรูประหว่าง -1 และ 1 กับการกระจายแบบ t ของนักเรียน T(4.0000001) โดยมีความน่าจะเป็นในการผสม 0.999 และ 0.001
กราฟแสดงผลลัพธ์ของการกระจายข้อมูลแบบมาตรฐานแสดงอยู่ทางด้านขวา
ค่าความโค้งตัวอย่าง
คำจำกัดความ
ตัวประมาณค่าตามธรรมชาติแต่มีอคติ
สำหรับตัวอย่างค่าnค่าสามารถกำหนดตัวประมาณค่าความโค้งส่วนเกินของประชากร โดยวิธีโมเมนต์ ได้ดังนี้ โดยที่m คือโมเมนต์ตัวอย่างลำดับที่สี่รอบค่าเฉลี่ย , m คือโมเมนต์ตัวอย่างลำดับที่สองรอบค่าเฉลี่ย (นั่นคือความแปรปรวนของตัวอย่าง ), x คือ ค่าลำดับที่ iและคือ ค่า เฉลี่ยของตัวอย่าง
สูตรนี้มีการแสดงผลที่ง่ายกว่าที่ซึ่งค่าเหล่านี้เป็นค่าข้อมูลมาตรฐานโดยใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานที่กำหนดโดยใช้nแทนที่จะเป็นn − 1ในตัวส่วน
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าค่าข้อมูลคือ 0, 3, 4, 1, 2, 3, 0, 2, 1, 3, 2, 0, 2, 2, 3, 2, 5, 2, 3, 999
ดังนั้น ค่า z คือ −0.239, −0.225, −0.221, −0.234, −0.230, −0.225, −0.239, −0.230, −0.234, −0.225, −0.230, −0.239, −0.230, −0.230, −0.225, −0.230, −0.216, −0.230, −0.225, 4.359
และ ค่า z 4คือ 0.003, 0.003, 0.002, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.003, 0.002, 0.003, 0.003, 360.976
ค่าเฉลี่ยของค่าเหล่านี้คือ 18.05 และค่าความโค้งส่วนเกินจึงเท่ากับ18.05 − 3 = 15.05ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าข้อมูลที่อยู่ใกล้จุดกึ่งกลางหรือจุดสูงสุดของการกระจายตัวจะไม่ส่งผลต่อค่าสถิติความโค้ง ดังนั้นค่าความโค้งจึงไม่ได้วัดความแหลมคมของกราฟ แต่เป็นเพียงการวัดค่าผิดปกติ ซึ่งในตัวอย่างนี้คือ 999
ตัวประมาณค่ามาตรฐานที่ไม่เอนเอียง
เมื่อกำหนดกลุ่มตัวอย่างย่อยจากประชากร ค่าความโค้งส่วนเกินของตัวอย่าง (sample excess kurtosis) จะเป็นเท่าใดข้างต้นเป็นตัวประมาณค่าความโค้งส่วนเกินของประชากรที่มีอคติ ตัวประมาณค่าความโค้งส่วนเกินของประชากรทางเลือกซึ่งไม่มีอคติในตัวอย่างสุ่มของการแจกแจงปกติ กำหนดไว้ดังนี้: [ 3 ] โดยที่k คือตัวประมาณค่าสมมาตร ที่ไม่เอนเอียงเฉพาะตัวของคูมูลันต์ ที่สี่ , k คือค่าประมาณที่ไม่เอนเอียงของคูมูลันต์ที่สอง (เหมือนกับค่าประมาณที่ไม่เอนเอียงของความแปรปรวนของตัวอย่าง), m คือโมเมนต์ตัวอย่างที่สี่รอบค่าเฉลี่ย, m คือโมเมนต์ตัวอย่างที่สองรอบค่าเฉลี่ย, x คือ ค่าที่ iและคือค่าเฉลี่ยของตัวอย่าง ค่าสัมประสิทธิ์โมเมนต์มาตรฐานของฟิชเชอร์-เพียร์สันที่ปรับแล้วนี้เป็นเวอร์ชันที่พบในExcelและแพ็กเกจทางสถิติหลายแพ็กเกจ รวมถึงMinitab , SASและSPSS [ 14 ]
น่าเสียดายที่ในตัวอย่างที่ไม่ปกติโดยทั่วไปแล้ว ตัวมันเองก็มีความลำเอียงอยู่แล้ว
ขอบเขตบน
ขอบเขตบนสำหรับค่าความโค้งตัวอย่างของ จำนวนจริง n ( n > 2 ) คือ[ 15 ] ที่ไหนคือค่าความเบี่ยงเบนของตัวอย่างที่สอดคล้องกัน
ความแปรปรวนภายใต้ภาวะปกติ
ความแปรปรวนของความโค้งของตัวอย่างขนาดnจากการแจกแจงปกติคือ[ 16 ]
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ภายใต้สมมติฐานที่ว่าตัวแปรสุ่มพื้นฐานหากมีการแจกแจงแบบปกติ ก็สามารถแสดงได้ว่า[ 17 ] : ต้องการ หมายเลขหน้า
แอปพลิเคชัน
ค่าความโค้งของตัวอย่าง (Sample Kurtosis) เป็นมาตรวัดที่มีประโยชน์ในการตรวจสอบว่าชุดข้อมูลมีปัญหาเรื่องค่าผิดปกติหรือไม่ ค่าความโค้งที่สูงขึ้นบ่งชี้ถึงปัญหาค่าผิดปกติที่รุนแรงมากขึ้น และอาจทำให้ผู้วิจัยต้องเลือกใช้วิธีการทางสถิติอื่นแทน
การทดสอบ K-squared ของ D'Agostinoเป็นการทดสอบความเหมาะสมของ การกระจายแบบปกติ โดยอาศัยการรวมกันของค่าความเบี่ยงเบนและความโค้งของตัวอย่าง เช่นเดียวกับการทดสอบ Jarque–Beraสำหรับการกระจายแบบปกติ
สำหรับตัวอย่างที่ไม่เป็นไปตามการแจกแจงแบบปกติ ความแปรปรวนของความแปรปรวนของตัวอย่างจะขึ้นอยู่กับค่าความโค้ง (kurtosis) สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูที่หัวข้อความแปรปรวน
นิยามของความโค้งของ Pearson ใช้เป็นตัวบ่งชี้ความไม่ต่อเนื่องในความปั่นป่วน [ 18 ] นอกจากนี้ยังใช้ในการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อหาปริมาณการแพร่กระจายที่ไม่เป็นแบบเกาส์เซียน[ 19 ]
ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมคือบทพิสูจน์ต่อไปนี้โดย He, Zhang และ Zhang: [ 20 ] สมมติว่าตัวแปรสุ่มXมีค่าคาดหวังความแปรปรวนและค่าความโค้ง สมมติว่าเราสุ่มตัวอย่างสำเนาอิสระจำนวนมาก จากนั้น
สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าด้วยจากตัวอย่างจำนวนมาก เราจะพบตัวอย่างหนึ่งที่อยู่เหนือค่าที่คาดหวังด้วยความน่าจะเป็นอย่างน้อยกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ หากค่าความโค้ง (kurtosis) มีค่ามาก อาจมีค่าจำนวนมากที่อยู่ต่ำกว่าหรือสูงกว่าค่าเฉลี่ยทั้งหมด
การบรรจบกันของเคอร์โทซิส
การใช้ตัวกรองแบบแบนด์พาสกับภาพดิจิทัลค่าความโค้งมักจะสม่ำเสมอโดยไม่ขึ้นอยู่กับช่วงของตัวกรอง พฤติกรรมนี้เรียกว่าการบรรจบกันของความโค้งซึ่งสามารถใช้ตรวจจับการต่อภาพในการวิเคราะห์ทางนิติวิทยาศาสตร์ได้[ 21 ]
การวิเคราะห์สัญญาณแผ่นดินไหว
ค่าความโค้ง (Kurtosis) สามารถใช้ในทางธรณีฟิสิกส์ เพื่อแยกแยะ สัญญาณแผ่นดินไหวประเภทต่างๆ ได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพในการแยกแยะสัญญาณแผ่นดินไหวที่เกิดจากเสียงฝีเท้าของมนุษย์จากสัญญาณอื่นๆ[ 22 ]ซึ่งเป็นประโยชน์ในระบบรักษาความปลอดภัยและการเฝ้าระวังที่อาศัยการตรวจจับแผ่นดินไหว
การพยากรณ์อากาศ
ในอุตุนิยมวิทยาค่าความโค้ง (kurtosis) ใช้ในการวิเคราะห์การกระจายข้อมูลสภาพอากาศ ช่วยในการทำนายเหตุการณ์สภาพอากาศสุดขั้วโดยการประเมินความน่าจะเป็นของค่าผิดปกติในข้อมูลในอดีต[ 23 ]ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการศึกษาภูมิอากาศในระยะยาวและการพยากรณ์อากาศในระยะสั้น
มาตรการอื่นๆ
การวัดค่าความโค้งที่แตกต่างกันนั้นได้มาจากการใช้โมเมนต์ Lแทนโมเมนต์ปกติ[ 24 ] [ 25 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- คิม แท-ฮวาน; ไวท์ ฮัลเบิร์ต (2003). "การประมาณค่าความเบี่ยงเบนและความโค้งที่แม่นยำยิ่งขึ้น: การจำลองและการประยุกต์ใช้กับดัชนี S&P500"จดหมายวิจัยทางการเงิน 1 : 56– 70. doi : 10.1016 /S1544-6123(03)00003-5 . S2CID 16913409 . แหล่งข้อมูลทางเลือก (การเปรียบเทียบตัวประมาณค่าความโค้ง)
- เซียร์ อี.; โบเน็ตต์, DG (2003) "มาตรการความโด่งสองครอบครัว" เมตริกา . 58 : 59– 70. ดอย : 10.1007/s001840200223 . S2CID 115990880 .
ลิงก์ภายนอก
- "สัมประสิทธิ์ส่วนเกิน" , สารานุกรมคณิตศาสตร์ , EMS Press , 2001 [1994]
- เครื่องคำนวณค่าความโค้ง (Kurtosis calculator)
- โปรแกรมออนไลน์ฟรี (เครื่องคำนวณ)คำนวณค่าสถิติความเบี่ยงเบนและความโค้งประเภทต่างๆ สำหรับชุดข้อมูลใดๆ ก็ได้ (รวมถึงการทดสอบสำหรับตัวอย่างขนาดเล็กและขนาดใหญ่)
- ค่าความโค้ง (Kurtosis)ในการใช้คำศัพท์ทางคณิตศาสตร์บางคำที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่ทราบ
- ฉลองครบรอบ 100 ปีของค่าความโค้ง (Kurtosis)ประวัติความเป็นมาของหัวข้อนี้ พร้อมด้วยมาตรวัดค่าความโค้งแบบต่างๆ