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¿Cómo escalan los valores extremos con el tamaño de la muestra?

Supongamos que tengo un vector aleatorio$X = \{x_1, x_2, ..., x_N\}$, compuesto de iid valores distribuidos binomialmente. Si simplificara sustancialmente el problema, podemos aproximarlos como distribuidos normalmente. Dado que todos los demás parámetros son fijos, quiero saber cómo$E[min(X)]$ (el valor esperado del número más pequeño en el vector$X$) escalas con$N$.

No me importa una respuesta precisa. Sólo quiero saber cómo escalas, es decir, linealmente (obviamente no), exponencialmente, la ley de poder, etc

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David Pearce Puntos 2242

Suponga que las variables aleatorias $x_k$ son yo.yo.d., no negativo, valores enteros, delimitada por $n$, y de tal manera que $P(x_k=0)$ $P(x_k=1)$ son positivos. Para cada $N\ge1$, vamos $$ X_N= \min\{x_1,\ldots,x_N\}. $$ Entonces, cuando $N\to+\infty$, $$ E(X_N)=c^N(1+o(1)), $$ donde $c<1$ es independiente de $N$ y dado por $$ c=P(x_k\ge1). $$ Por lo tanto $E(X_N)$ es infinitamente pequeño. Cuando cada una de las $x_k$ es Binomial $(n,p)$ $n\ge1$ $p$ $(0,1)$ fijo, el resultado se da con $c=1-(1-p)^n$.


Para ver esto, observe que $[X_N\ge i]=[x_1\ge i]\cap\cdots\cap[x_N\ge i]$ por cada $i$, y que, desde $X_N$ es no negativa y valores enteros, $E(X_N)$ es la suma de $i\ge1$$P(X_N\ge i)$, por lo tanto $$ E(X_N)=\sum_{i\ge 1}P(x_1,\ge i)^N. $$ Para cada $i\ge n+1$, $P(x_1\ge i)=0$. Para cada $2\le i\le n$, $0\le P(x_1\ge i)\le P(x_1\ge 2)$. Por lo tanto $$ c^N\le E(X_N)\le c^N+(n-1)d^N, $$ con $$ c=P(x_1,\ge1),\quad d=P(x_1,\ge 2). $$ Debido a $P(x_k=1)$ es positiva, se sabe que $d<c$, por lo tanto $E(X_N)\sim c^N$ al $N\to+\infty$.

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patfla Puntos 1

La distribución de los mínimos de cualquier conjunto de N variables aleatorias iid es:

$$f_{min}(x)=Nf(x)[1-F(x)]^{N-1}$$

Donde $f(x)$ es el pdf y $F(x)$ es el cdf (esto es a veces llamado un $Beta-F$ de distribución, debido a que es un compuesto de una distribución Beta y distribución arbitraria). Por lo tanto la expectativa (en este caso en particular) está dada por:

$$E[min(X)] = N\sum_{x=0}^{x=n} xf(x)[1-F(x)]^{N-1}$$

Lo que significa que $E[min(X)]=NE(x_1[1-F(x_1)]^{N-1})$. Utilizando el "método delta" aproximación a esta expectativa $E[g(x)]\approx g(E[X])$ da

$$E[min(X)]=NE(x_1[1-F(x_1)]^{N-1})\approx N(E(x_1)[1-F(E(x_1))]^{N-1})$$

Sustituyendo $np=E[x_1]$ da como resultado la aproximación:

$$E[min(X)]\approx Nnp[1-F(np)]^{N-1}$$

Tenga en cuenta que $F(np)\approx \frac{1}{2}$ (a través de normal aprox.) para dar

$$E[min(X)]\approx \frac{Nnp}{2^{N-1}}$$

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Marc-Andre R. Puntos 789

La tabla en esta página de este libro puede ayudarle. Las fórmulas explícitas para la expectativa de un mínimo de muestra de distribuciones binomiales se da en la página de antes.

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