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Demostrar que el algoritmo de muestreo por inversión funciona

Utilicé el método de inversión para encontrar un algoritmo que pueda generar números pseudoaleatorios con distribución de pareto, reconociendo primero que la distribución de pareto es $$ f(x)=\frac{\alpha x_0^\alpha}{x^{\alpha+1}} $$ donde $x_0>0, \alpha >0$ son los parámetros de escala y forma, respectivamente.

El algoritmo consiste básicamente en 1) Dibujar $u \sim U[0,1]$ y 2) $x=F^{-1}(u)$ donde obtenemos $F^{-1}(u)$ de

$$ F(x) = \int_{x_0}^x f(y) dy=1-\Big( \frac{x_0}{x} \Big)^\alpha \implies x=F^{-1}(u)=\frac{x_0}{(1-u)^{1/\alpha}} $$

El paso 1 del algoritmo es muy básico, y el paso 2 ya está terminado puesto que hemos obtenido una fórmula para $x$ , en función de $u$ . Pero, ¿cómo puedo demostrar que la salida del algoritmo está distribuida en pareto, como se desea? He pensado en insertar el $x$ en la expresión para $f(x)=f(\frac{x_0}{(1-u)^{1/\alpha}})$ pero eso no me llevó a ninguna parte.

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iljusch Puntos 458

Una prueba sencilla (para cualquier función de distribución acumulativa $F$ ) se puede encontrar aquí . En su caso no es necesario tomar el infinum en la definición de $F^{-1}$ ya que su densidad es estrictamente positiva y por lo tanto $F$ es biyectiva (si está definida en $[x_0,\infty)$ ), por lo que las cosas se simplifican aún más.

La prueba muestra que su variable aleatoria construida $F^{-1}(u)$ tiene la función de distribución acumulativa correcta y, por tanto, la densidad correcta.

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Hola y gracias por ayudar. Así que básicamente la prueba es $Pr(F^{-1}(u) \leq x) = Pr(u \leq F(x))=F(x)$ ? En esta expresión no entiendo muy bien por qué empezamos con $Pr(F^{-1}(u) \leq x)$ .

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Empiezas con $F_X(x) := Pr(X\le x) = Pr(F^{-1}(U)\le x)$ porque esta es por definición la FCD de su variable aleatoria $X=F^{-1}(U)$ (mejor usar mayúsculas para las variables aleatorias $X,U$ , hace que sea más fácil de distinguir de $x$ en la función $F(x)$ etc.). Usted quiere verificar si $X$ tiene la FCD correcta, es decir, F.

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Vale, creo que empiezo a entenderlo. Así que porque definí el algoritmo de la manera que lo hice, y ya que queremos usar la FCD para F, ya sabemos que la FCD se define como $F_X (x)= Pr(X \leq x) = Pr(F^{-1}(U) \leq x)$ donde hemos sustituido $X=F^{-1}(u)$ porque así es como funciona el algoritmo. Entonces para demostrar que esto es cierto, tengo que ir a demostrar que $Pr( F^{-1} (u) \leq x)=...=F(x)$ porque entonces he demostrado que mis suposiciones son ciertas. Es un poco confuso porque es como dar vueltas en círculo. Una última pregunta: ¿por qué no usamos $x_0$ en esta prueba, ¿cómo es que no aparece en ninguna parte?

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