กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 6 นาที

การแจกจ่าย Kumaraswamy ที่ได้รับการดัดแปลง

ใน ทฤษฎีความน่าจะ เป็น การ แจกแจง Kumaraswamy ที่ปรับปรุงแล้ว (MK) เป็นการแจกแจงความน่าจะเป็นต่อเนื่องแบบสองพารามิเตอร์ที่กำหนดบนช่วง (0,1)...

การแจกจ่าย Kumaraswamy ที่ได้รับการดัดแปลง

ในทฤษฎีความน่าจะ เป็น การแจกแจง Kumaraswamy ที่ปรับปรุงแล้ว (MK)เป็นการแจกแจงความน่าจะเป็นต่อเนื่องแบบสองพารามิเตอร์ที่กำหนดบนช่วง (0,1) โดยทำหน้าที่เป็นทางเลือกแทนการแจกแจงเบต้าและการแจกแจง Kumaraswamy สำหรับการสร้างแบบจำลองตัวแปรสุ่มที่มีขอบเขตสองด้าน การแจกแจง MK ได้รับการเสนอครั้งแรกโดย Sagrillo, Guerra และ Bayer [ 1 ]ผ่านการแปลงการแจกแจง Kumaraswamyความหนาแน่นของมันแสดงรูปร่างที่เพิ่มขึ้น-ลดลง-เพิ่มขึ้น ซึ่งไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของการแจกแจงเบต้าหรือการแจกแจง Kumaraswamy แรงจูงใจสำหรับข้อเสนอนี้มาจากการประยุกต์ใช้ในปัญหาด้านอุทกสิ่งแวดล้อม

คำจำกัดความ

ฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็น

ฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็นของการแจกแจงแบบ Kumaraswamy ที่ปรับปรุงแล้วคือ

เอฟX(x;θ)=αเบต้าxαα/x(1อีαα/x)เบต้า1x2{\displaystyle f_{X}\left(x;{\boldsymbol {\theta }}\right)={\frac {\alpha \beta x^{\alpha -\alpha /x}(1-\mathrm {e} ^{\alpha -\alpha /x})^{\beta -1}}{x^{2}}}}

ที่ไหนθ=(α,เบต้า){\displaystyle {\boldsymbol {\theta }}=(\alpha ,\beta )^{\top }},α>0{\displaystyle \alpha >0}และเบต้า>0{\displaystyle \beta >0}เป็นพารามิเตอร์รูปร่าง

ฟังก์ชันการกระจายสะสม

ฟังก์ชันการกระจายสะสมของ Kumaraswamy ที่ปรับปรุงแล้วมีดังนี้

เอฟX(x;θ)=1(1อีαα/x)เบต้า{\displaystyle F_{X}\left(x;{\boldsymbol {\theta }}\right)=1-(1-\mathrm {e} ^{\alpha -\alpha /x})^{\beta }}

ที่ไหนθ=(α,เบต้า){\displaystyle {\boldsymbol {\theta }}=(\alpha ,\beta )^{\top }},α>0{\displaystyle \alpha >0}และเบต้า>0{\displaystyle \beta >0}เป็นพารามิเตอร์รูปร่าง

ฟังก์ชันควอนไทล์

ฟังก์ชันการกระจายสะสมผกผัน ( ฟังก์ชันควอนไทล์ ) คือ

คิวX(คุณ;θ)=ααบันทึก(1(1คุณ)1/เบต้า){\displaystyle Q_{X}\left(u;{\boldsymbol {\theta }}\right)={\frac {\alpha }{\alpha -\log(1-(1-u)^{1/\beta })}}}

คุณสมบัติ

ช่วงเวลา

โมเมนต์ทางสถิติลำดับที่ h ของ X กำหนดโดย:

อี(Xชม.)=αเบต้าอีαฉัน=0(1)ฉัน(เบต้า1ฉัน)อีαฉัน(α+αฉัน)ชม.1Γ[1ชม.,(ฉัน+1)α]{\displaystyle {\textrm {E}}\left(X^{h}\right)=\alpha \beta \mathrm {e} ^{\alpha }\sum _{i=0}^{\infty }(-1)^{i}{\begin{pmatrix}\beta -1\\i\end{pmatrix}}\mathrm {e} ^{\alpha i}(\alpha +\alpha i)^{h-1}\Gamma \left[1-h,\left(i+1\right)\alpha \right]}

ค่าเฉลี่ยและความแปรปรวน

ค่าเฉลี่ย คือตัว ชี้วัด แนวโน้ม ศูนย์กลาง(μ){\displaystyle (\mu )}ของ X คือ:

μ=อี(X)=αเบต้าอีαฉัน=0(1)ฉัน(เบต้า1ฉัน)อีαฉันΓ[0,(ฉัน+1)α]{\displaystyle \mu ={\text{E}}(X)=\alpha \beta \mathrm {e} ^{\alpha }\sum _{i=0}^{\infty }(-1)^{i}{\begin{pmatrix}\beta -1\\i\end{pmatrix}}\mathrm {e} ^{\alpha i}\Gamma \left[0,\left(i+1\right)\alpha \right]}

และความแปรปรวน ของมัน(σ2){\displaystyle (\sigma ^{2})}:

σ2=อี(X2)=α2เบต้าอีαฉัน=0(1)ฉัน(เบต้า1ฉัน)อีαฉัน(ฉัน+1)Γ[1,(ฉัน+1)α]μ2{\displaystyle \sigma ^{2}={\text{E}}(X^{2})=\alpha ^{2}\beta \mathrm {e} ^{\alpha }\sum _{i=0}^{\infty }(-1)^{i}{\begin{pmatrix}\beta -1\\i\end{pmatrix}}\mathrm {e} ^{\alpha i}(i+1)\Gamma \left[-1,\left(i+1\right)\alpha \right]-\mu ^{2}}

การประมาณค่าพารามิเตอร์

Sagrillo, Guerra และ Bayer [ 1 ]แนะนำให้ใช้วิธีความน่าจะเป็นสูงสุดสำหรับการประมาณค่าพารามิเตอร์ของการแจกแจง MK ฟังก์ชันลอการิทึมความน่าจะเป็นสำหรับการแจกแจง MK เมื่อกำหนดตัวอย่างx1,,xn{\displaystyle x_{1},\ldots ,x_{n}}, เป็น:

(θ)=nα+nบันทึก(α)+nบันทึก(เบต้า)αฉัน=1n1xฉัน2ฉัน=1nบันทึก(xฉัน)+(เบต้า1)ฉัน=1nบันทึก(1อีαα/xฉัน).{\displaystyle {\begin{aligned}\ell ({\boldsymbol {\theta }})=&\,n\alpha +n\log \left(\alpha \right)+n\log \left(\beta \right)-\alpha \sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{x_{i}}}-2\sum _{i=1}^{n}\log(x_{i})\\&+(\beta -1)\sum _{i=1}^{n}\log(1-\mathrm {e} ^{\alpha -\alpha /x_{i}}).\end{aligned}}}

ส่วนประกอบของเวกเตอร์คะแนนยู(θ)=[(θ)α,(θ)เบต้า]{\displaystyle U\left({\boldsymbol {\theta }}\right)=\left[{\frac {\partial \ell ({\boldsymbol {\theta }})}{\partial \alpha }},{\frac {\partial \ell ({\boldsymbol {\theta }})}{\partial \beta }}\right]}เป็น

(θ)α=n+nα+(เบต้า1)อีαฉัน=1nxฉัน1xฉัน(อีαอีα/xฉัน)ฉัน=1n1xฉัน{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial \ell ({\boldsymbol {\theta }})}{\partial \alpha }}=n+{\frac {n}{\alpha }}+(\beta -1)\mathrm {e} ^{\alpha }\sum _{i=1}^{n}{\frac {x_{i}-1}{x_{i}(\mathrm {e} ^{\alpha }-\mathrm {e} ^{\alpha /x_{i}})}}-\sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{x_{i}}}\end{aligned}}}

และ

(θ)เบต้า=nเบต้า+ฉัน=1nบันทึก(1อีαα/xฉัน){\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial \ell ({\boldsymbol {\theta }})}{\partial \beta }}={\frac {n}{\beta }}+\sum _{i=1}^{n}\log(1-\mathrm {e} ^{\alpha -\alpha /x_{i}})\end{aligned}}}

MLE ของθ{\displaystyle {\boldsymbol {\theta }}}ซึ่งแสดงด้วยθ^=(α^,เบต้า^){\displaystyle {\hat {\boldsymbol {\theta }}}=\left({\hat {\alpha }},{\hat {\beta }}\right)^{\top }}ได้มาจากการแก้ปัญหาพร้อมกันของยู(θ)=0{\displaystyle {\boldsymbol {U}}({\boldsymbol {\theta }})={\boldsymbol {0}}}, ที่ไหน0{\displaystyle {\boldsymbol {0}}}เป็นเวกเตอร์ว่างสองมิติ

  • ถ้า X~เอ็มเค(α,เบต้า){\displaystyle X\sim {\textrm {MK}}(\alpha ,\beta )}, แล้ว {11X}~เค(α,เบต้า){\displaystyle \left\{1-{\frac {1}{X}}\right\}\sim {\textrm {K}}(\alpha ,\beta )}( การแจกจ่ายโดยกุมาราสวามี )
  • ถ้า X~เอ็มเค(α,เบต้า){\displaystyle X\sim {\textrm {MK}}(\alpha ,\beta )}, แล้ว 1X1~{\displaystyle {\frac {1}{X}}-1\sim }การแจกแจงเลขชี้กำลังแบบเอกซ์โพเนนเชียล (EE) [ 2 ]
  • ถ้าX~เอ็มเค(1,เบต้า){\displaystyle X\sim {\textrm {MK}}(1,\beta )}, แล้วเอ็กซ์{11X}~เบต้า(1,เบต้า){\displaystyle \exp \left\{1-{\frac {1}{X}}\right\}\sim {\textrm {Beta}}(1,\beta )}( การแจกแจงแบบเบต้า )
  • ถ้าX~เอ็มเค(α,1){\displaystyle X\sim {\textrm {MK}}(\alpha ,1)}, แล้วเอ็กซ์{11X}~เบต้า(α,1){\displaystyle \exp \left\{1-{\frac {1}{X}}\right\}\sim {\textrm {Beta}}(\alpha ,1)}.
  • ถ้าX~เอ็มเค(α,เบต้า){\displaystyle X\sim {\textrm {MK}}(\alpha ,\beta )}, แล้ว1X1~เอ็กซ์พี(α){\displaystyle {\frac {1}{X}}-1\sim {\textrm {Exp}}(\alpha )}( การแจกแจงแบบเอกซ์โปเนนเชียล )

แอปพลิเคชัน

การกระจายแบบ Kumaraswamy ที่ได้รับการปรับปรุงถูกนำมาใช้สำหรับการสร้างแบบจำลองข้อมูลอุทกสิ่งแวดล้อม มีการแสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพเหนือกว่าการกระจายแบบ Beta และ Kumaraswamy สำหรับปริมาตรน้ำที่มีประโยชน์ของอ่างเก็บน้ำในบราซิล[ 1 ]นอกจากนี้ยังใช้ในการประมาณค่าทางสถิติของความน่าเชื่อถือของความแข็งแรงของระบบ[ 3 ]

ดูเพิ่มเติม

  • Github ที่มีฟังก์ชันการแจกจ่ายในภาษา R

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การแจกจ่าย Kumaraswamy ที่ได้รับการดัดแปลง

ใน ทฤษฎีความน่าจะ เป็น การ แจกแจง Kumaraswamy ที่ปรับปรุงแล้ว (MK) เป็นการแจกแจงความน่าจะเป็นต่อเนื่องแบบสองพารามิเตอร์ที่กำหนดบนช่วง (0,1)...

ฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็น

ฟังก์ชัน ความหนาแน่นความน่าจะเป็น ของการแจกแจงแบบ Kumaraswamy ที่ปรับปรุงแล้วคือ

ฟังก์ชันการกระจายสะสม

ฟังก์ชัน การกระจายสะสม ของ Kumaraswamy ที่ปรับปรุงแล้วมีดังนี้

ฟังก์ชันควอนไทล์

ฟังก์ชันการกระจายสะสมผกผัน ( ฟังก์ชันควอนไทล์ ) คือ