กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 12 นาที

การจัดจำหน่ายกัมเบล

ใน ทฤษฎีความน่าจะเป็น และ สถิติ การ แจกแจงกัมเบล (หรือที่รู้จักกันในชื่อ การแจกแจงค่าสุดขีดทั่วไป ประเภทที่ 1 ) ใช้เพื่อจำลองการแจกแจงของค่าสูงสุด (หรือค่าต่ำสุด)...

การจัดจำหน่ายกัมเบล

ในทฤษฎีความน่าจะเป็นและสถิติการแจกแจงกัมเบล (หรือที่รู้จักกันในชื่อการแจกแจงค่าสุดขีดทั่วไปประเภทที่ 1 ) ใช้เพื่อจำลองการแจกแจงของค่าสูงสุด (หรือค่าต่ำสุด) ของตัวอย่างจำนวนหนึ่งจากการแจกแจงต่างๆ

การแจกแจงนี้อาจใช้เพื่อแสดงการแจกแจงของระดับน้ำสูงสุดของแม่น้ำในปีใดปีหนึ่ง หากมีรายการค่าสูงสุดในช่วงสิบปีที่ผ่านมา การแจกแจงนี้มีประโยชน์ในการคาดการณ์โอกาสที่จะเกิดแผ่นดินไหวรุนแรง น้ำท่วม หรือภัยพิบัติทางธรรมชาติอื่นๆ ความสามารถในการประยุกต์ใช้การแจกแจงแบบกัมเบลเพื่อแสดงการแจกแจงของค่าสูงสุดนั้นเกี่ยวข้องกับทฤษฎีค่าสุดขั้วซึ่งระบุว่าน่าจะเป็นประโยชน์หากการแจกแจงของข้อมูลตัวอย่างพื้นฐานเป็นแบบปกติหรือแบบเอกซ์โปเนนเชียล[ a ]

การแจกแจงกัมเบล (Gumbel distribution) เป็นกรณีพิเศษของการแจกแจงค่าสุดขีดทั่วไป (Generalized extreme value distribution ) (หรือที่รู้จักกันในชื่อการแจกแจงฟิชเชอร์-ทิปเพ็ตต์ (Fisher–Tippett distribution)) นอกจากนี้ยังรู้จักกันในชื่อการแจกแจง ล็อก-ไวบูล (log -Weibull distribution) และการแจกแจงเลขชี้กำลังสองเท่า (double exponential distribution ) (ซึ่งบางครั้งใช้เรียกการแจกแจงลาปลาส (Laplace distribution )) การแจกแจงนี้เกี่ยวข้องกับการแจกแจงกอมเพิร์ตซ์ (Gompertz distribution ) กล่าวคือ เมื่อสะท้อนความหนาแน่นของฟังก์ชันรอบจุดกำเนิดก่อน แล้วจึงจำกัดให้อยู่บนครึ่งเส้นบวก จะได้ฟังก์ชันกอมเพิร์ตซ์

ใน การกำหนด ตัวแปรแฝงของ แบบจำลอง โลจิตแบบหลายตัวเลือกซึ่งเป็นเรื่องปกติใน ทฤษฎี การเลือกแบบไม่ต่อเนื่อง ข้อผิดพลาดของตัวแปรแฝงจะมีการกระจายแบบกัมเบล ซึ่งมีประโยชน์เพราะผลต่างของ ตัวแปรสุ่มสองตัวที่มีการกระจายแบบกัมเบลจะมีการกระจายแบบโลจิสติ

การแจกแจงแบบกัมเบลตั้งชื่อตามเอมิล จูเลียส กัมเบล (1891 1966) โดยอิงจากเอกสารต้นฉบับของเขาที่อธิบายการแจกแจง[ 1 ] [ 2 ]

คำจำกัดความ

ฟังก์ชันการกระจายสะสมของการกระจายแบบกัมเบล (กรณีสูงสุด) คือ

เอฟ(x;μ,เบต้า)=อีอี(xμ)/เบต้า{\displaystyle F(x;\mu ,\beta )=e^{-e^{-(x-\mu )/\beta }}\,}

การจัดจำหน่ายมาตรฐานของกัมเบล

การแจกแจงแบบ Gumbel มาตรฐานคือกรณีที่μ=0{\displaystyle \mu =0}และเบต้า=1{\displaystyle \beta =1}ด้วยฟังก์ชันการกระจายสะสม

เอฟ(x)=อีอีx{\displaystyle F(x)=e^{-e^{-x}}\,}

และฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็น

เอฟ(x)=อี(x+อีx).{\displaystyle f(x)=e^{-(x+e^{-x})}.}

ในกรณีนี้ ค่าฐานนิยมคือ 0 ค่ามัธยฐานคือln(ln(2))0.3665{\displaystyle -\ln(\ln(2))\approx 0.3665}ค่าเฉลี่ยคือγ0.5772{\displaystyle \gamma \approx 0.5772}( ค่าคงที่ออยเลอร์-มาสเชโรนี ) และค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานคือπ/61.2825.{\displaystyle \pi /{\sqrt {6}}\approx 1.2825.}

ค่าคุมูลันต์สำหรับn  >  1 กำหนดโดย

κn=(n1)!ζ(n).{\displaystyle \kappa _{n}=(n-1)!\zeta (n)}

คุณสมบัติ

ค่าฐานนิยมคือ μ ส่วนค่ามัธยฐานคือμเบต้าln(ln2),{\displaystyle \mu -\beta \ln \left(\ln 2\right),}และค่าเฉลี่ยกำหนดโดย

อี(X)=μ+γเบต้า{\displaystyle \operatorname {E} (X)=\mu +\gamma \beta },

ที่ไหนγ{\displaystyle \gamma }คือค่าคงที่ออยเลอร์-มาสเชโรนี

ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานσ{\displaystyle \sigma }เป็นเบต้าπ/6{\displaystyle \beta \pi /{\sqrt {6}}}เพราะฉะนั้นเบต้า=σ6/π0.78σ.{\displaystyle \beta =\sigma {\sqrt {6}}/\pi \approx 0.78\sigma .}[ 3 ]

ในโหมดที่x=μ{\displaystyle x=\mu }ค่าของเอฟ(x;μ,เบต้า){\displaystyle F(x;\mu ,\beta )}กลายเป็นอี10.37{\displaystyle e^{-1}\approx 0.37}โดยไม่คำนึงถึงค่าของเบต้า.{\displaystyle \beta .}

ถ้าจี1,...,จีเค{\displaystyle G_{1},...,G_{k}}เป็นตัวแปรสุ่ม Gumbel แบบอิสระและมีแจกแจงเหมือนกัน (iid) โดยมีพารามิเตอร์(μ,เบต้า){\displaystyle (\mu ,\beta )}แล้วสูงสุด{จี1,...,จีเค}{\displaystyle \max\{G_{1},...,G_{k}\}}นอกจากนี้ยังเป็นตัวแปรสุ่มกัมเบลที่มีพารามิเตอร์ด้วย(μ+เบต้าlnเค,เบต้า){\displaystyle (\mu +\beta \ln k,\beta )}.

ถ้าจี1,จี2,...{\displaystyle G_{1},G_{2},...}เป็นตัวแปรสุ่มอิสระและมีแจกแจงเหมือนกัน โดยที่สูงสุด{จี1,...,จีเค}เบต้าlnเค{\displaystyle \max\{G_{1},...,G_{k}\}-\beta \ln k}มีการกระจายตัวแบบเดียวกันกับจี1{\displaystyle G_{1}}สำหรับจำนวนธรรมชาติทั้งหมดเค{\displaystyle k}, แล้วจี1{\displaystyle G_{1}}จำเป็นต้องมีการแจกแจงแบบกัมเบลด้วยพารามิเตอร์มาตราส่วนเบต้า{\displaystyle \beta }(อันที่จริงแล้ว พิจารณาเพียงค่า k>1 สองค่าที่แตกต่างกันและเป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์ก็เพียงพอแล้ว)

การแจกแจงกัมเบลแบบไม่ต่อเนื่อง

ปัญหามากมายในคณิตศาสตร์เชิงดิสครีตเกี่ยวข้องกับการศึกษาพารามิเตอร์สุดขั้วที่ตามเวอร์ชันดิสครีตของการแจกแจงกัมเบล[ 4 ] [ 5 ] เวอร์ชัน ดิสครีตนี้คือกฎของวาย=X{\displaystyle Y=\lceil X\rceil }, ที่ไหนX{\displaystyle X}เป็นไปตามการแจกจ่ายกัมเบลอย่างต่อเนื่องจีคุณอี(μ,เบต้า){\displaystyle \mathrm {Gumbel} (\mu ,\beta )}ดังนั้น จึงทำให้ได้ผลลัพธ์ดังนี้พี(วายชม.)=เอ็กซ์(เอ็กซ์((ชม.μ)/เบต้า)){\displaystyle P(Y\leq h)=\exp(-\exp(-(h-\mu )/\beta ))}สำหรับใดๆชม.{\displaystyle h\in \mathbb {Z} }.

บ่งบอกดีจีคุณอี(μ,เบต้า){\displaystyle \mathrm {DGumbel} (\mu ,\beta )}ในฐานะเวอร์ชันแยกส่วน หนึ่งมีX~ดีจีคุณอี(μ,เบต้า){\displaystyle \lceil X\rceil \sim \mathrm {DGumbel} (\mu ,\beta )}และX~ดีจีคุณอี(μ1,เบต้า){\displaystyle \lfloor X\rfloor \sim \mathrm {DGumbel} (\mu -1,\beta )}.

ไม่มีสูตรสำเร็จรูปที่ทราบสำหรับค่าเฉลี่ย ความแปรปรวน (หรือโมเมนต์ลำดับสูงกว่า) ของการแจกแจงกัมเบลแบบไม่ต่อเนื่อง แต่สามารถคำนวณค่าเชิงตัวเลขที่มีความแม่นยำสูงได้ง่ายๆ โดยใช้ผลรวมอนันต์ที่ลู่เข้าอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น จะได้ผลลัพธ์ดังนี้อี[ดีจีคุณอี(0,1)]=1.077240905953631072609...{\displaystyle {\mathbb {E} }[\mathrm {DGumbel} (0,1)]=1.077240905953631072609...}แต่การหาคำตอบในรูปแบบปิดสำหรับค่าคงที่นี้ยังคงเป็นปัญหาที่ยังไม่มีคำตอบ (เป็นไปได้ว่าอาจไม่มีคำตอบในรูปแบบปิดเลย)

Aguech, Althagafi และ Banderier [ 4 ]ให้ขอบเขตต่างๆ ที่เชื่อมโยงเวอร์ชันแบบไม่ต่อเนื่องและแบบต่อเนื่องของการแจกแจง Gumbel และให้รายละเอียดอย่างชัดเจน (โดยใช้วิธีการจากการแปลง Mellin ) เกี่ยวกับปรากฏการณ์การแกว่งที่ปรากฏขึ้นเมื่อมีลำดับของตัวแปรสุ่มวายnlnn{\displaystyle \lfloor Y_{n}-c\ln n\rfloor }ลู่เข้าสู่การแจกแจงแบบกัมเบลแบบไม่ต่อเนื่อง

การแจกแจงแบบต่อเนื่อง

  • ถ้าX{\displaystyle X}มีการแจกแจงแบบกัมเบล ดังนั้นการแจกแจงแบบมีเงื่อนไขของวาย=X{\displaystyle Y=-X}เนื่องจากวาย{\displaystyle Y}เป็นค่าบวก หรือเทียบเท่ากับว่ากำหนดให้X{\displaystyle X}มีค่าเป็นลบ และมีการกระจายแบบ Gompertz ฟังก์ชันการกระจายสะสม (cdf)จี{\displaystyle G}ของวาย{\displaystyle Y}เกี่ยวข้องกับเอฟ{\displaystyle F}ฟังก์ชันการกระจายสะสมของX{\displaystyle X}โดยใช้สูตรจี(y)=พี(วายy)=พี(XyX0)=(เอฟ(0)เอฟ(y))/เอฟ(0){\displaystyle G(y)=P(Y\leq y)=P(X\geq -y\mid X\leq 0)=(F(0)-F(-y))/F(0)}สำหรับy>0{\displaystyle y>0}ดังนั้น ความหนาแน่นจึงมีความสัมพันธ์กันโดยจี(y)=เอฟ(y)/เอฟ(0){\displaystyle g(y)=f(-y)/F(0)}: ความหนาแน่นของ Gompertzเป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของ Gumbel ที่สะท้อนกลับ ซึ่งจำกัดอยู่ที่ครึ่งเส้นบวก[ 6 ]
  • ถ้าX~อีxพีโอnอีnทีฉันเอ(1){\displaystyle X\sim \mathrm {Exponential} (1)}เป็น ตัวแปรที่ มีการแจกแจงแบบเอกซ์โปเนนเชียลโดยมีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 1 ดังนั้นμเบต้าบันทึก(X)~จีคุณอี(μ,เบต้า){\displaystyle \mu -\beta \log(X)\sim \mathrm {Gumbel} (\mu ,\beta )}.
  • ถ้ายู~ยูnฉันเอฟโอ(0,1){\displaystyle U\sim \mathrm {เครื่องแบบ} (0,1)}ถ้าตัวแปร นั้นมีการกระจายแบบสม่ำเสมอในช่วงหน่วยแล้วμเบต้าบันทึก(บันทึก(ยู))~จีคุณอี(μ,เบต้า){\displaystyle \mu -\beta \log(-\log(U))\sim \mathrm {Gumbel} (\mu ,\beta )}.
  • ถ้าX~จีคุณอี(αX,เบต้า){\displaystyle X\sim \mathrm {Gumbel} (\alpha _{X},\beta )}และวาย~จีคุณอี(αวาย,เบต้า){\displaystyle Y\sim \mathrm {Gumbel} (\alpha _{Y},\beta )}ถ้าเป็นอิสระต่อกัน ก็แสดงว่า...Xวาย~แอลโอจีฉันทีฉัน(αXαวาย,เบต้า){\displaystyle XY\sim \mathrm {Logistic} (\alpha _{X}-\alpha _{Y},\beta )\,}(ดูการแจกแจงแบบโลจิสติก )
  • ถึงกระนั้นก็ตาม หากX,วาย~จีคุณอี(α,เบต้า){\displaystyle X,Y\sim \mathrm {Gumbel} (\alpha ,\beta )}ถ้าเป็นอิสระต่อกัน ก็แสดงว่า...X+วายแอลโอจีฉันทีฉัน(2α,เบต้า){\displaystyle X+Y\nsim \mathrm {Logistic} (2\alpha ,\beta )}สิ่งนี้สามารถเห็นได้ง่ายๆ โดยสังเกตว่าอี(X+วาย)=2α+2เบต้าγ2α=อี(แอลโอจีฉันทีฉัน(2α,เบต้า)){\displaystyle \mathbb {E} (X+Y)=2\alpha +2\beta \gamma \neq 2\alpha =\mathbb {E} \left(\mathrm {Logistic} (2\alpha ,\beta )\right)}(ที่ไหนγ{\displaystyle \gamma }คือค่าคงที่ออยเลอร์-มาสเชโรนี) ในทางกลับกัน การกระจายของผลรวมเชิงเส้นของตัวแปรสุ่มกัมเบลอิสระสามารถประมาณได้ด้วยการกระจาย GNIG และ GIG [ 7 ]

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการแจกแจงล็อกแกมมาแบบหลายตัวแปรทั่วไปนั้น เป็นการแจกแจงแบบหลายตัวแปรที่คล้ายกับการแจกแจงกัมเบล

การเกิดขึ้นและการประยุกต์ใช้

การประยุกต์ใช้การกระจายแบบกัมเบลอย่างต่อเนื่อง

การกระจายตัวที่เหมาะสมพร้อมช่วงความเชื่อมั่นของการกระจายตัวแบบกัมเบลสะสมสำหรับปริมาณน้ำฝนสูงสุดในหนึ่งวันของเดือนตุลาคม

กัมเบลได้แสดงให้เห็นว่าค่าสูงสุด (หรือสถิติลำดับ สุดท้าย ) ในตัวอย่างของตัวแปรสุ่มตามการแจกแจงแบบเอกซ์โพเนนเชียลลบด้วยลอการิทึมธรรมชาติของขนาดตัวอย่าง[ 8 ] เข้าใกล้การแจกแจงแบบกัมเบลเมื่อขนาดตัวอย่างเพิ่มขึ้น[ 9 ]

กล่าวโดยสรุปคือ ให้ρ(x)=อีx{\displaystyle \rho (x)=e^{-x}}เป็นการกระจายความน่าจะเป็นของx{\displaystyle x}และคิว(x)=1อีx{\displaystyle Q(x)=1-e^{-x}}การกระจายสะสม จากนั้นค่าสูงสุดจากเอ็น{\displaystyle N}การตระหนักรู้ของx{\displaystyle x}เล็กกว่าX{\displaystyle X}ก็ต่อเมื่อการรับรู้ทั้งหมดมีขนาดเล็กกว่าเท่านั้นX{\displaystyle X}ดังนั้น การกระจายสะสมของค่าสูงสุดx~{\displaystyle {\tilde {x}}}พอใจ

พี(x~บันทึก(เอ็น)X)=พี(x~X+บันทึก(เอ็น))=[คิว(X+บันทึก(เอ็น))]เอ็น=(1อีXเอ็น)เอ็น,{\displaystyle P({\tilde {x}}-\log(N)\leq X)=P({\tilde {x}}\leq X+\log(N))=[Q(X+\log(N))]^{N}=\left(1-{\frac {e^{-X}}{N}}\right)^{N},}

และสำหรับขนาดใหญ่เอ็น{\displaystyle N}ด้านขวามือจะลู่เข้าสู่อีอี(X).{\displaystyle e^{-e^{(-X)}}.}

ดังนั้น ในด้านอุทกวิทยาการกระจายแบบกัมเบลจึงถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ตัวแปรต่างๆ เช่น ค่าสูงสุดรายเดือนและรายปีของปริมาณน้ำฝนรายวันและปริมาณการไหลของแม่น้ำ[ 3 ]และยังใช้เพื่ออธิบายภาวะภัยแล้งอีกด้วย[ 10 ]

กัมเบลยังแสดงให้เห็นอีกว่าตัวประมาณค่าr( n +1)สำหรับความน่าจะเป็นของเหตุการณ์โดยที่rคือลำดับที่ของค่าที่สังเกตได้ในอนุกรมข้อมูล และnคือจำนวนการสังเกตทั้งหมดเป็นตัวประมาณค่าที่ไม่เอนเอียงของความน่าจะเป็นสะสมรอบค่า ฐานนิยม ของการแจกแจง ดังนั้น ตัวประมาณค่านี้จึงมักถูกใช้เป็นตำแหน่งในการพล็อ

การทำนาย

  • โดยทั่วไปแล้ว การทำนายความน่าจะเป็นของข้อมูลนอกกลุ่มตัวอย่างภายใต้สมมติฐานที่ว่าทั้งข้อมูลฝึกฝนและข้อมูลนอกกลุ่มตัวอย่างเป็นไปตามการแจกแจงแบบกัมเบล มักเป็นที่น่าสนใจ
  • การคาดการณ์ความน่าจะเป็นที่สร้างขึ้นโดยการแทนที่ ค่าประมาณ ความน่าจะเป็นสูงสุดของพารามิเตอร์ Gumbel ลงในฟังก์ชันการกระจายสะสมนั้นละเลยความไม่แน่นอนของพารามิเตอร์ ส่งผลให้ความน่าจะเป็นไม่ได้รับการปรับเทียบ อย่างดี ไม่สะท้อนความถี่ของเหตุการณ์นอกตัวอย่าง และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประเมินความน่าจะเป็นของเหตุการณ์หางนอกตัวอย่างต่ำเกินไป[ 11 ]
  • การคาดการณ์ที่สร้างขึ้นโดยใช้ แนวทาง Bayesian เชิงวัตถุประสงค์ ของการปรับเทียบการคาดการณ์ก่อนหน้าจะขจัดการประเมินค่าต่ำเกินไปนี้ออกไปอย่างสมบูรณ์ การแจกแจง Gumbel เป็นหนึ่งในการแจกแจงทางสถิติจำนวนหนึ่งที่มี โครงสร้าง กลุ่มซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจาก Gumbel เป็น แบบ จำลองตำแหน่ง-มาตราส่วนผลจากโครงสร้างกลุ่ม Gumbel จึงมีมาตรวัด Haar ซ้ายและขวาที่เกี่ยวข้อง การใช้มาตรวัด Haar ขวา เป็นค่าก่อนหน้า (เรียกว่าค่าก่อนหน้า Haar ขวา) ในการคาดการณ์แบบ Bayesian จะให้ค่าความน่าจะเป็นที่ปรับเทียบได้อย่างสมบูรณ์แบบสำหรับค่าพารามิเตอร์ที่แท้จริงพื้นฐานใดๆ[ 12 ] [ 11 ] [ 13 ]การปรับเทียบการคาดการณ์ก่อนหน้าสำหรับ Gumbel โดยใช้ค่าก่อนหน้า Haar ขวาที่เหมาะสมนั้นถูกนำไปใช้ใน แพ็คเกจซอฟต์แวร์ R fitdistcp [ 14 ]

การเกิดขึ้นของการแจกแจงกัมเบลแบบไม่ต่อเนื่อง

ในคณิตศาสตร์ เชิง การจัดเรียง การแจกแจงกัมเบลแบบไม่ต่อเนื่องปรากฏเป็นการแจกแจงจำกัดสำหรับเวลาที่ผลออกมาในปัญหาของนักสะสมคูปองผลลัพธ์นี้ได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกโดยลาปลาซ ในปี ค.ศ. 1812 ใน หนังสือ Théorie analytique des probabilitésของเขาซึ่งถือเป็นการเกิดขึ้นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของสิ่งที่ต่อมาเรียกว่าการแจกแจงกัมเบล

ในทฤษฎีจำนวนการแจกแจงแบบกัมเบลจะประมาณจำนวนพจน์ในการแบ่งส่วนแบบสุ่มของจำนวนเต็ม[ 15 ]เช่นเดียวกับขนาดที่ปรับตามแนวโน้มของช่องว่างจำนวนเฉพาะ สูงสุด และช่องว่างสูงสุดระหว่างกลุ่มจำนวนเฉพาะ[ 16 ]

ในทฤษฎีความน่าจะเป็นมันปรากฏเป็นการกระจายของความสูงสูงสุดที่ไปถึงได้โดยการเดินแบบไม่ต่อเนื่อง (บนโครงตาข่าย)เอ็น2{\displaystyle {\mathbb {N} }^{2}}) โดยที่กระบวนการสามารถรีเซ็ตกลับไปที่จุดเริ่มต้นได้ในแต่ละขั้นตอน[ 4 ]

ในการวิเคราะห์อัลกอริธึมตัวอย่างเช่น ในการศึกษาการแพร่กระจายตัวทดสูงสุดในฐาน-{\displaystyle b}อัลกอริทึมการบวก[ 17 ]

การสร้างตัวแปรสุ่ม

เนื่องจากฟังก์ชันควอนไทล์ ( ฟังก์ชันการกระจายสะสม ผกผัน )คิว(พี){\displaystyle Q(p)}ของการแจกแจงแบบกัมเบลนั้นกำหนดโดย

คิว(พี)=μเบต้าln(ln(พี)),{\displaystyle Q(p)=\mu -\beta \ln(-\ln(p)),}

ตัวแปรคิว(ยู){\displaystyle Q(U)}มีการกระจายแบบกัมเบลที่มีพารามิเตอร์μ{\displaystyle \mu }และเบต้า{\displaystyle \beta }เมื่อตัวแปรสุ่มยู{\displaystyle U}สุ่มมาจากการแจกแจงแบบเอกรูปในช่วงเวลา(0,1){\displaystyle (0,1)}.

กระดาษความน่าจะเป็น

กระดาษกราฟที่แสดงการแจกแจงแบบกัมเบล

ในยุคก่อนการพัฒนาซอฟต์แวร์ กระดาษความน่าจะเป็นถูกนำมาใช้เพื่อแสดงภาพการแจกแจงแบบกัมเบล (ดูภาพประกอบ) กระดาษนี้สร้างขึ้นจากหลักการทำให้เป็นเชิงเส้นของฟังก์ชันการแจกแจงสะสมเอฟ{\displaystyle F} :

ln(ln(เอฟ))=xμเบต้า{\displaystyle -\ln(-\ln(F))={\frac {x-\mu }{\beta }}}

ในบทความนี้ แกนแนวนอนสร้างขึ้นโดยใช้มาตราส่วนลอการิทึมคู่ ส่วนแกนแนวตั้งเป็นเส้นตรง โดยการพล็อตเอฟ{\displaystyle F}บนแกนแนวนอนของกระดาษและx{\displaystyle x}-ตัวแปรบนแกนตั้ง การกระจายจะแสดงด้วยเส้นตรงที่มีความชัน 1/เบต้า{\displaystyle /\beta }เมื่อมีซอฟต์แวร์สำหรับวิเคราะห์การกระจายตัวของข้อมูล การสร้างกราฟแสดงการกระจายตัวของข้อมูลก็ง่ายขึ้น

เทคนิคการปรับพารามิเตอร์ใหม่ของกัมเบล

ในการเรียนรู้ของเครื่องบางครั้งมีการใช้การแจกแจงแบบกัมเบลเพื่อสร้างตัวอย่างจากการแจกแจงแบบหมวดหมู่เทคนิคนี้เรียกว่า "กลอุบายกัมเบล-แม็กซ์" และเป็นตัวอย่างพิเศษของ " กลอุบายการกำหนดพารามิเตอร์ใหม่ " [ 18 ]

โดยละเอียดแล้ว ขอให้...(π1,,πn){\displaystyle (\pi _{1},\ldots ,\pi _{n})}ต้องไม่เป็นลบ และไม่ใช่ศูนย์ทั้งหมด และให้จี1,,จีn{\displaystyle g_{1},\ldots ,g_{n}}เป็นตัวอย่างอิสระของ Gumbel(0, 1) ความน่าจะเป็นของตัวแปรสุ่มอาร์กสูงสุดฉัน(จีฉัน+บันทึกπฉัน){\displaystyle \arg \max _{i}(g_{i}+\log \pi _{i})}สามารถคำนวณได้โดยใช้การอินทิเกรตตามปกติพี(อาร์กสูงสุดฉัน(จีฉัน+บันทึกπฉัน)=เจ)=πเจฉันπฉัน{\displaystyle Pr(\arg \max _{i}(g_{i}+\log \pi _{i})=j)={\frac {\pi _{j}}{\sum _{i}\pi _{i}}}}นั่นคืออาร์กสูงสุดฉัน(จีฉัน+บันทึกπฉัน)~เชิงหมวดหมู่(πเจฉันπฉัน)เจ{\displaystyle \arg \max _{i}(g_{i}+\log \pi _{i})\sim {\text{Categorical}}\left({\frac {\pi _{j}}{\sum _{i}\pi _{i}}}\right)_{j}}

ในทำนองเดียวกัน เมื่อกำหนดสิ่งใด ๆx1,...,xnอาร์{\displaystyle x_{1},...,x_{n}\in \mathbb {R} }เราสามารถสุ่มตัวอย่างจากการกระจายแบบโบลต์ซมันน์ได้โดย

พี(อาร์กสูงสุดฉัน(จีฉัน+xฉัน)=เจ)=อีxเจฉันอีxฉัน{\displaystyle Pr(\arg \max _{i}(g_{i}+x_{i})=j)={\frac {e^{x_{j}}}{\sum _{i}e^{x_{i}}}}}สมการที่เกี่ยวข้องได้แก่: [ 19 ]

  • ถ้าx~เอ็กซ์พี(λ){\displaystyle x\sim \operatorname {Exp} (\lambda )}, แล้ว(lnxγ)~กัมเบล(γ+lnλ,1){\displaystyle (-\ln x-\gamma )\sim {\text{Gumbel}}(-\gamma +\ln \lambda ,1)}.
  • อาร์กสูงสุดฉัน(จีฉัน+บันทึกπฉัน)~เชิงหมวดหมู่(πเจฉันπฉัน)เจ{\displaystyle \arg \max _{i}(g_{i}+\log \pi _{i})\sim {\text{Categorical}}\left({\frac {\pi _{j}}{\sum _{i}\pi _{i}}}\right)_{j}}.
  • สูงสุดฉัน(จีฉัน+บันทึกπฉัน)~กัมเบล(บันทึก(ฉันπฉัน),1){\displaystyle \max _{i}(g_{i}+\log \pi _{i})\sim {\text{Gumbel}}\left(\log \left(\sum _{i}\pi _{i}\right),1\right)}กล่าวคือ การแจกแจงแบบกัมเบลเป็นการแจกแจงแบบที่มีเสถียรภาพสูงสุด (max-stable distribution family)
  • อี[สูงสุดฉัน(จีฉัน+เบต้าxฉัน)]=บันทึก(ฉันอีเบต้าxฉัน)+γ.{\displaystyle \mathbb {E} [\max _{i}(g_{i}+\beta x_{i})]=\log \left(\sum _{i}e^{\beta x_{i}}\right)+\gamma .}

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. บทความนี้ใช้การแจกแจงแบบกัมเบล (Gumbel distribution) เพื่อจำลองการแจกแจงของค่าสูงสุดส่วนการจำลองค่าต่ำสุด จะใช้ค่าลบของค่าเริ่มต้น

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การจัดจำหน่ายกัมเบล

ใน ทฤษฎีความน่าจะเป็น และ สถิติ การ แจกแจงกัมเบล (หรือที่รู้จักกันในชื่อ การแจกแจงค่าสุดขีดทั่วไป ประเภทที่ 1 ) ใช้เพื่อจำลองการแจกแจงของค่าสูงสุด (หรือค่าต่ำสุด)...

คำจำกัดความ

ฟังก์ชัน การกระจายสะสม ของการกระจายแบบกัมเบล (กรณีสูงสุด) คือ

การจัดจำหน่ายมาตรฐานของกัมเบล

การแจกแจงแบบ Gumbel มาตรฐานคือกรณีที่ μ = 0 {\displaystyle \mu =0} และ เบต้า = 1 {\displaystyle \beta =1} ด้วยฟังก์ชันการกระจายสะสม

คุณสมบัติ

ค่าฐานนิยมคือ μ ส่วนค่ามัธยฐานคือ μ − เบต้า ln ⁡ ( ln ⁡ 2 ) , {\displaystyle \mu -\beta \ln \left(\ln 2\right),} และค่าเฉลี่ยกำหนดโดย