Die Folien, auf die Sie verlinken, sind etwas verwirrend, lassen Schritte aus und machen ein paar Tippfehler, aber letztendlich sind sie korrekt. Es wird hilfreich sein, zuerst Frage 2 zu beantworten, dann Frage 1 und schließlich die Symmetrisierungstransformation abzuleiten. .A ( u ) = ≤ u - ≤ 1[ V ( θ ) ] 1 / 3 dθA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθ
Frage 2. Wir analysieren als Mittelwert einer Stichprobe der Größe von iid Zufallsvariablen . Dies ist eine wichtige Größe, da es in der Wissenschaft immer wieder vorkommt, die gleiche Verteilung abzutasten und den Mittelwert zu bilden. Wir wollen wissen, wie nahe am wahren Mittelwert . Der zentrale Grenzwertsatz besagt, dass er gegen als konvergiert, aber wir möchten die Varianz und die Schiefe von .ˉ X NX1,. . . ,XN ˉ X & mgr;& mgr;N→∞ ˉ XX¯NX1,...,XNX¯μμN→∞X¯
Frage 1. Ihre Taylorreihenannäherung ist nicht falsch, aber wir müssen sorgfältig darauf achten, vs. und Potenzen von zu verfolgen , um zu derselben Schlussfolgerung wie die Folien zu gelangen. Wir beginnen mit den Definitionen von und den zentralen Momenten von und leiten die Formel für :≤ X XiN ≤ X Xiκ3(h( ≤ X ))X¯XiNX¯Xiκ3(h(X¯))
ˉ X =1N ≤ N i = 1 XiX¯=1N∑Ni=1Xi
E [ X i ] = μE[Xi]=μ
V ( X i ) = E [ ( X i - μ ) 2 ] = σ 2V(Xi)=E[(Xi−μ)2]=σ2
κ 3 ( X i ) = E [ ( X i - μ ) 3 ]κ3(Xi)=E[(Xi−μ)3]
Nun die zentralen Momente von :ˉ XX¯
E [ ˉ X ] = 1N ≤ N i = 1 E[Xi]=1N (Nu)=uE[X¯]=1N∑Ni=1E[Xi]=1N(Nμ)=μ
V ( ˉ X )= E [ ( ˉ X - μ ) 2 ]= E [ ( ( 1N N ∑ i=1Xi)-μ ) 2]= E [ ( 1NN∑i=1(Xi−μ))2]=1N2(NE[(Xi−μ)2]+N(N−1)E[Xi−μ]E[Xj−μ])=1Nσ2V(X¯)=E[(X¯−μ)2]=E[((1N∑i=1NXi)−μ)2]=E[(1N∑i=1N(Xi−μ))2]=1N2(NE[(Xi−μ)2]+N(N−1)E[Xi−μ]E[Xj−μ])=1Nσ2
Der letzte Schritt folgt, da und . Dies war möglicherweise nicht die einfachste Herleitung von , aber es ist der gleiche Vorgang, den wir müssen, um und , wobei wir ein Produkt einer Summation auflösen und die Anzahl der Terme mit Potenzen verschiedener Variablen zählen. Im obigen Fall gab es Terme der Form und Terme der Form .E[Xi−μ]=0E[Xi−μ]=0E[(Xi−μ)2]=σ2E[(Xi−μ)2]=σ2V(ˉX)V(X¯)κ3(ˉX)κ3(X¯)κ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))NN(Xi−μ)2(Xi−μ)2N(N−1)N(N−1)(Xi−μ)(Xj−μ)(Xi−μ)(Xj−μ)
κ3(ˉX)=E[(ˉX−μ)3)]=E[((1NN∑i=1Xi)−μ)3]=E[(1NN∑i=1(Xi−μ))3]=1N3(NE[(Xi−μ)3]+3N(N−1)E[(Xi−μ)E[(Xj−μ)2]+N(N−1)(N−2)E[(Xi−μ)]E[(Xj−μ)]E[(Xk−μ)]=1N2E[(Xi−μ)3]=κ3(Xi)N2κ3(X¯)=E[(X¯−μ)3)]=E[((1N∑i=1NXi)−μ)3]=E[(1N∑i=1N(Xi−μ))3]=1N3(NE[(Xi−μ)3]+3N(N−1)E[(Xi−μ)E[(Xj−μ)2]+N(N−1)(N−2)E[(Xi−μ)]E[(Xj−μ)]E[(Xk−μ)]=1N2E[(Xi−μ)3]=κ3(Xi)N2
Als Nächstes werden wir in einer Taylor-Reihe wie folgt erweitern :h(ˉX)h(X¯)
h(ˉX)=h(μ)+h′(μ)(ˉX−μ)+12h″(μ)(ˉX−μ)2+13h‴(μ)(ˉX−μ)3+...h(X¯)=h(μ)+h′(μ)(X¯−μ)+12h′′(μ)(X¯−μ)2+13h′′′(μ)(X¯−μ)3+...
E[h(ˉX)]=h(μ)+h′(μ)E[ˉX−μ]+12h″(μ)E[(ˉX−μ)2]+13h‴(μ)E[(ˉX−μ)3]+...=h(μ)+12h″(μ)σ2N+13h‴(μ)κ3(Xi)N2+...E[h(X¯)]=h(μ)+h′(μ)E[X¯−μ]+12h′′(μ)E[(X¯−μ)2]+13h′′′(μ)E[(X¯−μ)3]+...=h(μ)+12h′′(μ)σ2N+13h′′′(μ)κ3(Xi)N2+...
Mit etwas mehr Aufwand können Sie beweisen, dass die restlichen Begriffe . Schließlich ist , (was nicht mit identisch ist ), führen wir erneut eine ähnliche Berechnung durch:O(N−3)O(N−3)κ3(h(ˉX))=E[(h(ˉX)−E[h(ˉX)])3]κ3(h(X¯))=E[(h(X¯)−E[h(X¯)])3]E[(h(ˉX)−h(μ))3]E[(h(X¯)−h(μ))3]
κ3(h(ˉX))=E[(h(ˉX)−E[h(ˉX)])3]=E[(h(μ)+h′(μ)(ˉX−μ)+12h″(μ)(ˉX−μ)2+O((ˉX−μ)3)−h(μ)−12h″(μ)σ2N−O(N−2))3]κ3(h(X¯))=E[(h(X¯)−E[h(X¯)])3]=E[(h(μ)+h′(μ)(X¯−μ)+12h′′(μ)(X¯−μ)2+O((X¯−μ)3)−h(μ)−12h′′(μ)σ2N−O(N−2))3]
Wir sind nur an den Begriffen interessiert, die zu der Reihenfolge , und mit zusätzlicher Arbeit könnten Sie zeigen, dass Sie die Begriffe " nicht benötigen. "oder" ", bevor die dritte Potenz genommen wird, da sie nur die Reihenfolge . Vereinfacht gesagt, bekommen wirO(N−2)O(N−2)O((ˉX−μ)3)O((X¯−μ)3)−O(N−2)−O(N−2)O(N−3)O(N−3)
κ3(h(ˉX))=E[(h′(μ)(ˉX−μ)+12h″(μ)(ˉX−μ)2−12h″(μ)σ2N))3]=E[h′(μ)3(ˉX−μ)3+18h″(μ)3(ˉX−μ)6−18h″(μ)3σ6N3+32h′(μ)2h″(μ)(ˉX−μ)4+34h′(μ)h″(μ)(ˉX−μ)5−32h′(μ)2h″(μ)(ˉX−μ)2σ2N+O(N−3)]κ3(h(X¯))=E[(h′(μ)(X¯−μ)+12h′′(μ)(X¯−μ)2−12h′′(μ)σ2N))3]=E[h′(μ)3(X¯−μ)3+18h′′(μ)3(X¯−μ)6−18h′′(μ)3σ6N3+32h′(μ)2h′′(μ)(X¯−μ)4+34h′(μ)h′′(μ)(X¯−μ)5−32h′(μ)2h′′(μ)(X¯−μ)2σ2N+O(N−3)]
Ich habe einige Begriffe weggelassen, die in diesem Produkt offensichtlich lauten. Sie müssen sich selbst davon überzeugen, dass die Begriffe und lauten auch. Jedoch,O(N−3)O(N−3)E[(ˉX−μ)5]E[(X¯−μ)5]E[(ˉX−μ)6]E[(X¯−μ)6]O(N−3)O(N−3)
E[(ˉX−μ)4]=E[1N4(N∑i=1(ˉX−μ))4]=1N4(NE[(Xi−μ)4]+3N(N−1)E[(Xi−μ)2]E[(Xj−μ)2]+0)=3N2σ4+O(N−3)E[(X¯−μ)4]=E[1N4(∑i=1N(X¯−μ))4]=1N4(NE[(Xi−μ)4]+3N(N−1)E[(Xi−μ)2]E[(Xj−μ)2]+0)=3N2σ4+O(N−3)
Dann verteilt die Erwartung auf unserer Gleichung für , haben wirκ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))
κ3(h(ˉX))=h′(μ)3E[(ˉX−μ)3]+32h′(μ)2h″(μ)E[(ˉX−μ)4]−32h′(μ)2h″(μ)E[(ˉX−μ)2]σ2N+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+92h′(μ)2h″(μ)σ4N2−32h′(μ)2h″(μ)σ4N2+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N2+O(N−3)κ3(h(X¯))=h′(μ)3E[(X¯−μ)3]+32h′(μ)2h′′(μ)E[(X¯−μ)4]−32h′(μ)2h′′(μ)E[(X¯−μ)2]σ2N+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+92h′(μ)2h′′(μ)σ4N2−32h′(μ)2h′′(μ)σ4N2+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h′′(μ)σ4N2+O(N−3)
Damit ist die Herleitung von . Nun leiten wir endlich die Symmetrisierungstransformation .κ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))A(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθ
Für diese Transformation ist es wichtig, dass aus einer Exponentialfamilienverteilung und insbesondere einer natürlichen Exponentialfamilie (oder sie wurde in diese Verteilung transformiert) der FormXiXifXi(x;θ)=h(x)exp(θx−b(θ))fXi(x;θ)=h(x)exp(θx−b(θ))
In diesem Fall sind die Kumulanten der Verteilung gegeben durch . So , und . Wir können den Parameter als eine Funktion von ; schreiben, indem wir einfach die Umkehrung von und schreiben . Dannκk=b(k)(θ)κk=b(k)(θ)μ=b′(θ)μ=b′(θ)σ2=V(θ)=b″(θ)σ2=V(θ)=b′′(θ)κ3=b‴(θ)κ3=b′′′(θ)θθμμb′b′θ(μ)=(b′)−1(μ)θ(μ)=(b′)−1(μ)
θ′(μ)=1b″((b′)−1(μ))=1b″(θ))=1σ2θ′(μ)=1b′′((b′)−1(μ))=1b′′(θ))=1σ2
Als nächstes können wir die Varianz als Funktion von schreiben und diese Funktion aufrufen :μμˉVV¯
ˉV(μ)=V(θ(μ))=b″(θ(μ))
Dann
ddμˉV(μ)=V′(θ(μ))θ′(μ)=b‴(θ)1σ2=κ3σ2
Also als eine Funktion von , .μκ3(μ)=ˉV′(μ)ˉV(μ)
Nun wollen wir für die Symmetrisierungstransformation die Schiefe von verringern, indem wir , so daß ist . Also wollen wirh(ˉX)h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N2=0h(ˉX)O(N−3)
h′(μ)3κ3(Xi)+3h′(μ)2h″(μ)σ4=0
Wenn wir unsere Ausdrücke für und als Funktionen von , haben wir:σ2κ3μ
h′(μ)3ˉV′(μ)ˉV(μ)+3h′(μ)2h″(μ)ˉV(μ)2=0
Also , was zu .h′(μ)3ˉV′(μ)+3h′(μ)2h″(μ)ˉV(μ)=0ddμ(h′(μ)3ˉV(μ))=0
Eine Lösung für diese Differentialgleichung lautet:
h′(μ)3ˉV(μ)=1 ,
h′(μ)=1[ˉV(μ)]1/3
Also ist für jede Konstante, . Dies gibt uns die Symmetrisierungstransformation , wobei die Varianz als ist eine Funktion des Mittelwerts in einer natürlichen Exponentialfamilie.h(μ)=∫μc1[ˉV(θ)]1/3dθcA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθV