กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 15 นาที

การกระจายแบบเกาส์เซียนผกผัน

Φ(λx(xμ−1)){\displaystyle \textstyle \Phi \left({\sqrt {\frac {\lambda }{x}}}\left({\frac {x}{\mu }}-1\right)\right)}+เอ็กซ์⁡(2λμ)Φ(−λx(xμ+1)){\displaystyle \textstyle {}+\exp...

การกระจายแบบเกาส์เซียนผกผัน

อินเวอร์สเกาส์เซียน
ฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็น
ฟังก์ชันการกระจายสะสม
สัญกรณ์
พารามิเตอร์
สนับสนุน
พีดี
ซีดีเอฟ

ฟังก์ชันการกระจายสะสม (cdf) ของการกระจายแบบปกติมาตรฐาน (แบบเกาส์เซียนมาตรฐาน)อยู่ ที่ไหน
หมายถึง

โหมด
ความแปรปรวน

ความเบี่ยงเบน
ความโค้งส่วนเกิน
เอ็มจีเอฟ
ซีเอฟ

ในทฤษฎีความน่าจะเป็น การแจกแจงแบบ เกาส์เซียนผกผัน (หรือที่รู้จักกันในชื่อการแจกแจงแบบวอลด์ ) เป็นตระกูลของการแจกแจงความน่าจะเป็นแบบต่อเนื่อง ที่ มี พารามิเตอร์สองตัว โดยมีช่วงค่าอยู่บน⁠ ⁠

ฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็นของมันกำหนดโดย

สำหรับ⁠ ⁠โดยที่คือค่าเฉลี่ย และคือพารามิเตอร์รูปร่าง[ 1 ] ทั้งหรือ (หรือโดยทั่วไปแล้ว การรวมกันใดๆ ของรูปแบบสำหรับ จริงใดๆ ) สามารถใช้เป็นพารามิเตอร์มาตราส่วนได้ ดังนั้นพารามิเตอร์รูปร่างที่เหมาะสม (เช่น ไม่ปรับขนาด) จะเป็นกำลังที่ไม่เป็นศูนย์ใดๆ ของ : Tweedie เสนอให้ใช้การกำหนด พารามิเตอร์ และนอกเหนือจากการ กำหนดพารามิเตอร์ มาตรฐาน (“แต่ละรูปแบบเหล่านี้สะดวกหรือชวนให้คิดสำหรับวัตถุประสงค์บางอย่าง” [ 2 ] ) และต่อมาใช้การกำหนดพารามิเตอร์⁠ เพียงอย่างเดียว [ 3 ]

การแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันมีคุณสมบัติหลายอย่างที่คล้ายคลึงกับการแจกแจงแบบเกาส์เซียนชื่อนี้อาจทำให้เข้าใจผิดได้ เพราะมันเป็นผกผันก็ต่อเมื่อ ในขณะที่การแจกแจงแบบเกาส์เซียนอธิบาย ระดับ ของการเคลื่อนที่แบบบราวน์ที่เวลาคงที่ การแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันอธิบายการแจกแจงของเวลาที่การเคลื่อนที่แบบบราวน์ที่มีการเลื่อนไปทางบวกใช้ในการไปถึงระดับบวกคงที่ ความสัมพันธ์ระหว่างการแจกแจงแบบเกาส์เซียนและการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันจึงเหมือนกับความสัมพันธ์ระหว่างการแจกแจงแบบทวินาม (จำนวนความสำเร็จสำหรับจำนวนการทดลองแบบเบอร์นูลี คงที่ ) และ การแจกแจง แบบทวินามเชิงลบ (จำนวนการทดลองแบบเบอร์นูลีสำหรับจำนวนความสำเร็จคงที่) [ 4 ]

การสะท้อนแกน y ของฟังก์ชันสร้างคูมูลันต์ของการแจกแจงแบบเกาส์เซียนและแบบเกาส์เซียนผกผันจะผกผันกัน (กล่าวคือ กราฟของฟังก์ชันสร้างคูมูลันต์ทั้งสองจะสะท้อนซึ่งกันและกันข้ามเส้น⁠ ⁠ ) ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่การแจกแจงแบบทวินามและแบบทวินามลบมีร่วมกัน (หลังจากหารฟังก์ชันสร้างคูมูลันต์ด้วยพารามิเตอร์คงที่ของแต่ละการแจกแจง) [ 4 ]

เพื่อระบุว่าตัวแปรสุ่ม มีการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผัน โดยมีค่าเฉลี่ยและพารามิเตอร์รูปร่างเราเขียนว่า

คุณสมบัติ

แบบฟอร์มพารามิเตอร์เดียว

ฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็น (pdf) ของการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันมีรูปแบบพารามิเตอร์เดียว โดยกำหนดโดย

ในรูปแบบนี้ ค่าเฉลี่ยและความแปรปรวนของการแจกแจงจะ เท่ากัน

นอกจากนี้ ฟังก์ชันการกระจายสะสม (cdf) ของการกระจายแบบเกาส์เซียนผกผันพารามิเตอร์เดียวมีความสัมพันธ์กับการกระจายแบบปกติมาตรฐานโดย

โดยที่⁠ ⁠ , ⁠ ⁠และคือฟังก์ชันการกระจายสะสม (cdf) ของการแจกแจงปกติมาตรฐาน ตัวแปรและมีความสัมพันธ์กันโดยเอกลักษณ์ .

ในรูปแบบพารามิเตอร์เดียว MGF จะลดรูปเหลือเพียง

การ แจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันในรูปแบบพารามิเตอร์คู่สามารถแปลงเป็นรูปแบบพารามิเตอร์เดี่ยวได้โดย การปรับขนาดที่เหมาะสมโดยที่

ย่อหน้าข้างต้นสามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้: ถ้า⁠ ⁠แล้ว⁠ ⁠ [ 5 ]แนวทางนี้ดีกว่าในแง่ที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงลักษณะไร้มิติของรูปแบบพารามิเตอร์เดียว (โปรดทราบว่า⁠ ⁠ ) คุณสมบัติ นี้ เป็นผลมาจากข้อเท็จจริงทั่วไปมากขึ้น: ถ้าและแล้ว[ 2 ]

รูปแบบมาตรฐานของการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันคือ

ผลรวม

ถ้ามีการแจกแจงสำหรับและ ทั้งหมดเป็นอิสระต่อกันแล้ว

กรณีพิเศษนี้แสดงให้เห็นว่าการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันนั้น สามารถแบ่ง ได้ไม่จำกัดจำนวนครั้ง

โปรดทราบว่า

มีค่าคงที่สำหรับทุกค่านี่เป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการหาผลรวม มิฉะนั้นจะไม่กระจายแบบอินเวอร์สเกาส์ เซียน

การปรับขนาด

สำหรับสิ่งใดๆก็ตามถือว่า

ตระกูลเลขชี้กำลัง

การแจกแจง แบบ เกาส์เซียนผกผันเป็น ตระกูลเอกซ์โพเนนเชียลสองพารามิเตอร์ที่มีพารามิเตอร์ธรรมชาติ⁠ ⁠และ⁠ ⁠และสถิติธรรมชาติ⁠ ⁠และ  ⁠ ⁠

สำหรับ ค่าคงที่ มันยังเป็นการ แจกแจงตระกูลเอกซ์โพเนนเชียลธรรมชาติแบบพารามิเตอร์เดียว[ 6 ]โดยที่การแจกแจงพื้นฐานมีความหนาแน่น

อันที่จริง ด้วย⁠ ⁠ ,

เป็นความหนาแน่นเหนือจำนวนจริง เมื่อประเมินอินทิกรัล เราจะได้

เมื่อแทนค่าแล้วนิพจน์ข้างต้นจะเท่ากับ .

ความสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่แบบบราวน์

ตัวอย่างของการเดินสุ่มที่หยุดแล้วภาพ ด้านบนแสดงฮิ สโตแกรมของเวลาที่รอคอย พร้อมกับการทำนายตามการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผัน ภาพด้านล่างแสดงวิถีการเคลื่อนที่

ให้กระบวนการสุ่ม⁠ ⁠กำหนดโดย

โดยที่⁠ ⁠คือการเคลื่อนที่แบบบราวน์มาตรฐาน นั่นคือ⁠ ⁠คือการเคลื่อนที่แบบบราวน์ที่มีการเลื่อน⁠ ⁠

จากนั้นเวลาผ่านครั้งแรกสำหรับระดับคงที่โดยจะมีการกระจายตามการแจกแจงแบบอินเวอร์สเกาส์เซียน:

เช่น

(ดูสมการที่ 19 ของ Schrödinger [ 7 ] , สมการที่ 8 ของ Smoluchowski [ 8 ]และสมการที่ 1 ของ Folks [ 5 ] )

เมื่อค่าการเลื่อนเป็นศูนย์

กรณีพิเศษที่พบได้ทั่วไปของกรณีข้างต้นเกิดขึ้นเมื่อการเคลื่อนที่แบบบราวน์ไม่มีการเลื่อน ในกรณีนั้น พารามิเตอร์จะเข้าใกล้ค่าอนันต์ และเวลาที่ผ่านครั้งแรกสำหรับระดับคงที่จะมีฟังก์ชันความหนาแน่นของความน่าจะเป็น

( ดู Bachelier [ 9 ] : 74 [ 10 ] : 39 ด้วย ) นี่คือการแจกแจง Lévyที่มีพารามิเตอร์และ

ความน่าจะเป็นสูงสุด

แบบจำลองที่

โดยที่ ตัวแปรทั้งหมดที่ทราบตัวแปร ที่ ไม่ทราบ และตัวแปรอิสระทั้งหมด มีฟังก์ชันความน่าจะเป็นดังต่อไปนี้ :

การแก้สมการความน่าจะเป็นจะให้ค่าประมาณความน่าจะเป็นสูงสุดดังต่อไปนี้

และเป็นอิสระและ

การสุ่มตัวอย่างจากการกระจายแบบอินเวอร์สเกาส์เซียน

สามารถใช้อัลกอริทึมต่อไปนี้ได้[ 11 ]

สร้างตัวแปรสุ่มจาก1การแจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย⁠ ⁠และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานเท่ากับ⁠ ⁠

ยกกำลังสองค่า

และใช้ความสัมพันธ์

สร้างตัวแปรสุ่มอีกตัวหนึ่ง โดยครั้งนี้สุ่มมาจากการแจกแจงแบบเอกรูป ระหว่าง⁠ ⁠และ⁠ ⁠

ถ้าเป็นเช่นนั้นให้ส่งคืน มิฉะนั้นให้ส่งคืน

ตัวอย่างโค้ดในภาษา Java :

public double inverseGaussian ( double mu , double lambda ) { Random rand = new Random (); double v = rand . nextGaussian (); // สุ่มตัวอย่างจาก1การแจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย 0 และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1 double y = v * v ; double x = mu + ( mu * mu * y ) / ( 2 * lambda ) - ( mu / ( 2 * lambda )) * Math . sqrt ( 4 * mu * lambda * y + mu * mu * y * y ); double test = rand . nextDouble (); // สุ่มตัวอย่างจาก1การแจกแจงเอกรูปที่มีค่าระหว่าง 0 และ 1 if ( test <= ( mu ) / ( mu + x )) return x ; else return ( mu * mu ) / x ; }
การแจกแจงแบบ Wald โดยใช้ Python ร่วมกับ Matplotlib และ NumPy

และวิธีการสร้างกราฟแสดงการแจกแจงแบบ Wald ในPythonโดยใช้matplotlibและNumPy :

import matplotlib.pyplot as plt import numpy as nph = plt.hist ( np.random.wald ( 3 , 2 , 100000 ) , bins = 200 , density = True )plt.show ( )
  • ถ้า⁠ ⁠แล้ว⁠ ⁠สำหรับจำนวนใดๆ⁠ ⁠ . [ 1 ]
  • ถ้าเช่นนั้น .
  • ถ้าเป็นเช่นนั้น .
  • ถ้าเช่นนั้น .
  • ถ้า⁠ ⁠แล้ว⁠ ⁠ . [ 12 ]

การคอนโวลูชันของการกระจายแบบเกาส์เซียนผกผัน (การกระจายแบบวอลด์) และการกระจายแบบเอกซ์โพเนนเชียล (การกระจายแบบเอ็กซ์-วอลด์) ถูกใช้เป็นแบบจำลองสำหรับเวลาตอบสนองในทางจิตวิทยา[ 13 ]โดยมีการค้นหาภาพเป็นตัวอย่างหนึ่ง[ 14 ]

ประวัติศาสตร์

การแจกแจงนี้ดูเหมือนจะได้รับการคิดค้นขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2443 โดยLouis Bachelier [ 9 ] [ 10 ]ในฐานะเวลาที่หุ้นถึงราคาที่กำหนดเป็นครั้งแรก ในปี พ.ศ. 2458 Erwin Schrödinger [ 7 ]และMarian v. Smoluchowski [ 8 ] ได้นำมาใช้โดยอิสระ ในฐานะเวลาที่จะผ่านการเคลื่อนที่แบบบราวน์เป็นครั้งแรก ในสาขาการสร้างแบบจำลองการสืบพันธุ์ เป็นที่รู้จักกันในชื่อฟังก์ชัน Hadwiger ตามชื่อของHugo Hadwigerผู้ซึ่งอธิบายไว้ในปี พ.ศ. 2483 [ 15 ] Abraham Waldได้คิดค้นการแจกแจงนี้ขึ้นใหม่ในปี พ.ศ. 2487 [ 16 ]ในฐานะรูปแบบจำกัดของตัวอย่างในการทดสอบอัตราส่วนความน่าจะเป็นแบบลำดับ ชื่อ Inverse Gaussian ได้รับการเสนอโดยMaurice Tweedieในปี พ.ศ. 2488 [ 4 ] Tweedie ได้ทำการศึกษาการแจกแจงนี้ในปี พ.ศ. 2499 [ 17 ]และ พ.ศ. 2490 [ 2 ] [ 3 ]และได้กำหนดคุณสมบัติทางสถิติบางประการ การแจกแจงนี้ได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดโดย Folks และ Chhikara ในปี พ.ศ. 2521 [ 5 ]

การกระจายแบบเกาส์เซียนผกผันที่ได้รับการจัดอันดับ

สมมติว่าช่วงเวลาระหว่างการเกิดปรากฏการณ์สุ่มเป็นไปตามการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผัน การแจกแจงความน่าจะเป็นสำหรับจำนวนครั้งของการเกิดเหตุการณ์นี้ภายในกรอบเวลาที่กำหนดเรียกว่าการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันแบบจัดอันดับ [ 18 ] ในขณะที่โมเมนต์แรกและโมเมนต์ที่สองของการแจกแจงนี้ได้รับการคำนวณแล้ว การหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันสร้างโมเมนต์ยังคงเป็นปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข

การคำนวณเชิงตัวเลขและซอฟต์แวร์

แม้ว่าสูตรสำหรับฟังก์ชันความหนาแน่นของความน่าจะเป็นจะเรียบง่าย แต่การคำนวณความน่าจะเป็นเชิงตัวเลขสำหรับการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันยังคงต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเพื่อให้ได้ความแม่นยำของเครื่องจักรอย่างเต็มที่ในการคำนวณเลขทศนิยมสำหรับค่าพารามิเตอร์ทั้งหมด[ 19 ] ฟังก์ชันสำหรับการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันมีให้สำหรับภาษาการเขียนโปรแกรม Rโดยแพ็กเกจหลายแพ็กเกจ ได้แก่ rmutil [ 20 ] [ 21 ] SuppDists [ 22 ] STAR [ 23 ] invGauss [ 24 ] LaplacesDemon [ 25 ]และ statmod [ 26 ]

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • Høyland, Arnljot ; Rausand, Marvin (1994). ทฤษฎีความน่าเชื่อถือของระบบ . นิวยอร์ก: Wiley. ISBN 978-0-471-59397-3.
  • Seshadri, V. (1993). การแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผัน . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด. ISBN 978-0-19-852243-0.
  • การแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันในเว็บไซต์ Wolfram
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Inverse_Gaussian_distribution&oldid=1341697201 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การกระจายแบบเกาส์เซียนผกผัน

Φ(λx(xμ−1)){\displaystyle \textstyle \Phi \left({\sqrt {\frac {\lambda }{x}}}\left({\frac {x}{\mu }}-1\right)\right)}+เอ็กซ์⁡(2λμ)Φ(−λx(xμ+1)){\displaystyle \textstyle {}+\exp...

แบบฟอร์มพารามิเตอร์เดียว

ฟังก์ชันความหนาแน่นความน่าจะเป็น (pdf) ของการแจกแจงแบบเกาส์เซียนผกผันมีรูปแบบพารามิเตอร์เดียว โดยกำหนดโดย

ผลรวม

ถ้า มี X i {\displaystyle X_{i}} การ แจกแจง สำหรับ และ ทั้งหมด เป็น อิสระ ต่อ กัน แล้ว ​ IG ⁡ ( μ 0 w i , λ 0 w i 2 ) {\displaystyle \operatorname {IG} (\mu _{0}w_{i},\lambda _{0}w_{i}^{2})} i = 1 , 2 , … , n {\displaystyle i=1,2,\dots ,n} X i {\displaystyle...

การปรับขนาด

สำหรับสิ่งใด ๆก็ตาม t > 0 {\displaystyle t>0} ถือว่า