UMVUE di


10

Sia un campione casuale dalla densità( X 1 , X 2 , … , X n ) (X1,X2,…,Xn)f θ ( x ) = θ x θ - 1 1 0 < x < 1,θ > 0

fθ(x)=θxθ−110<x<1,θ>0

Sto cercando di trovare l'UMVUE di θ1 + θθ1+θ .

La densità congiunta di ( X 1 , … , X n )(X1,…,Xn) è

f θ ( x 1 , ⋯ , x n )= θ n ( n ∏ i = 1 x i ) θ - 1 1 0 < x 1 , … , x n < 1= exp [ ( θ - 1 ) n ∑ i = 1 ln x i + n ln θ + ln ( 1 0 < x 1 , … , x n < 1 ) ] ,θ > 0

fθ(x1,⋯,xn)=θn(∏i=1nxi)θ−110<x1,…,xn<1=exp[(θ−1)∑i=1nlnxi+nlnθ+ln(10<x1,…,xn<1)],θ>0

Poiché la popolazione pdf f θfθ appartiene alla famiglia esponenziale a un parametro, questo dimostra che una statistica sufficiente completa per θθ è T ( X 1 , … , X n ) = n ∑ i = 1 ln X i

T(X1,…,Xn)=∑i=1nlnXi

Poiché E ( X 1 ) = θ1 + θE(X1)=θ1+θ , a prima vista, E ( X 1 ∣ T )E(X1∣T) mi darebbe l'UMVUE di θ1 + θθ1+θ dal Teorema di Lehmann-Scheffe. Non sono sicuro se questa aspettativa condizionale può essere trovata direttamente o si deve trovare la distribuzione condizionale X 1 ∣ ∑ n i = 1 ln X iX1∣∑ni=1lnXi .

D'altra parte, ho considerato il seguente approccio:

Abbiamo X i i.id ∼ Beta ( θ , 1 )⟹- 2 θ ln X i i.id ∼ χ 2 2Xi∼i.i.dBeta(θ,1)⟹−2θlnXi∼i.i.dχ22 , in modo che - 2 θT ∼ χ 2 2 n−2θT∼χ22n .

Quindi r r- 2 θ ° ordine momento grezzo di circa zero, come calcolato utilizzando il pdf chi-quadrato èT −2θTE ( - 2 θT ) r = 2 r Γ ( n + r )Γ ( n ),n + r > 0

E(−2θT)r=2rΓ(n+r)Γ(n),n+r>0

Quindi sembra che per diverse scelte di numeri interi di rr , otterrei stimatori (e UMVUE) imparziali di diversi poteri interi di θθ . Ad esempio, E ( - Tn )=1θE(−Tn)=1θ ed E ( 1 - nT )=θE(1−nT)=θ dammi direttamente le UMVUE rispettivamente di e .1θ1θ θθ

Adesso quando θ > 1θ>1 abbiamo .θ1 + θ =(1+ 1θ )-1=1-1θ +1θ 2 -1θ 3 +⋯θ1+θ=(1+1θ)−1=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

Posso sicuramente ottenere l'UMVUE 1θ ,1θ 2 ,1θ 31θ,1θ2,1θ3 e così via. Quindi, combinando questi UMVUE, posso ottenere l'UMVUE richiesto di . Questo metodo è valido o devo procedere con il primo metodo? Poiché UMVUE è unico quando esiste, entrambi dovrebbero darmi la stessa risposta.θ1 + θθ1+θ

Per essere esplicito, sto ottenendoE ( 1 + Tn +T2n ( n + 1 ) +T3n ( n + 1 ) ( n + 2 ) +⋯)=1-1θ +1θ 2 -1θ 3 +⋯

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+⋯)=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

Cioè,E ( ∞ ∑ r = 0 T rn ( n + 1 ) . . . ( n + r - 1 ) )=θ1 + θ

E(∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1))=θ1+θ

È possibile che il mio UMVUE richiesto sia ∞ ∑ r = 0 T rn ( n + 1 ) . . . ( n + r - 1 )∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1) quandoθ > 1θ>1 ?

Per 0 < θ < 10<θ<1 , otterreig ( θ ) = θ ( 1 + θ + θ 2 + ⋯ )g(θ)=θ(1+θ+θ2+⋯) otterrei , quindi UMVUE differirebbe.


Essendo stato convinto che l'aspettativa condizionale nel primo approccio non potesse essere trovata direttamente, e poiché , avevo proceduto per trovare la distribuzione condizionale . Per questo, avevo bisogno della densità congiunta di .E ( X 1 ∣ ∑ ln X i = t ) = E ( X 1 ∣ ∏ X i = e t ) E(X1∣∑lnXi=t)=E(X1∣∏Xi=et)X 1 ∣ ∏ X iX1∣∏Xi ( X 1 , ∏ X i )(X1,∏Xi)

Ho usato il cambio di variabili tale che per tutti . Ciò ha portato al supporto congiunto di( X 1 , ⋯ , X n ) → ( Y 1 , ⋯ , Y n ) (X1,⋯,Xn)→(Y1,⋯,Yn)Y i = ∏ i j = 1 X jYi=∏ij=1Xj i = 1 , 2 , ⋯ , n i=1,2,⋯,n( Y 1 , ⋯ , Y n )(Y1,⋯,Yn) essendo .S={(y1,⋯,yn):0<y1<1,0<yj<yj−1 for j=2,3,⋯,n}S={(y1,⋯,yn):0<y1<1,0<yj<yj−1 for j=2,3,⋯,n}

Il determinante jacobiano si rivelò essere J=(∏n−1i=1yi)−1J=(∏n−1i=1yi)−1 .

Quindi ho ottenuto la densità congiunta di(Y1,⋯,Yn)(Y1,⋯,Yn) comefY(y1,y2,⋯,yn)=θnyθ−1n∏n−1i=1yi1S

fY(y1,y2,⋯,yn)=θnyθ−1n∏n−1i=1yi1S

Densità congiunta di(Y1,Yn)(Y1,Yn) è quindifY1,Yn(y1,yn)=θnyθ−1ny1∫yn−20∫yn−30⋯∫y101y3y4...yn−1dy2y2⋯dyn−2dyn−1

fY1,Yn(y1,yn)=θnyθ−1ny1∫yn−20∫yn−30⋯∫y101y3y4...yn−1dy2y2⋯dyn−2dyn−1

Esiste una diversa trasformazione che posso usare qui che renderebbe meno complessa la derivazione della densità articolare? Non sono sicuro di aver preso la trasformazione corretta qui.


Sulla base di alcuni suggerimenti eccellenti nella sezione commenti, ho trovato la densità congiunta di invece della densità articolare dove e(U,U+V)(U,U+V)(X1,∏Xi)(X1,∏Xi)U=−lnX1U=−lnX1V=−∑ni=2lnXiV=−∑ni=2lnXi .

Si vede immediatamente che eU∼Exp(θ)U∼Exp(θ)V∼Gamma(n−1,θ)V∼Gamma(n−1,θ) sono indipendenti.

E infatti,U+V∼Gamma(n,θ)U+V∼Gamma(n,θ) .

Per , la densità articolare di èn>1n>1(U,V)(U,V)fU,V(u,v)=θe−θu1u>0θn−1Γ(n−1)e−θvvn−21v>0

fU,V(u,v)=θe−θu1u>0θn−1Γ(n−1)e−θvvn−21v>0

Cambiando le variabili, ho ottenuto la densità congiunta di(U,U+V)(U,U+V) come

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n−1)e−θz(z−u)n−210<u<z

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n−1)e−θz(z−u)n−210<u<z

Quindi, la densità condizionale di èU∣U+V=zU∣U+V=zfU∣U+V(u∣z)=(n−1)(z−u)n−2zn−110<u<z

fU∣U+V(u∣z)=(n−1)(z−u)n−2zn−110<u<z

Ora, il mio UMVUE è esattamente E(e−U∣U+V=z)=E(X1∣∑ni=1lnXi=−z)E(e−U∣U+V=z)=E(X1∣∑ni=1lnXi=−z) , come avevo già detto all'inizio di questo post.

Quindi non resta che trovareE(e−U∣U+V=z)=n−1zn−1∫z0e−u(z−u)n−2du

E(e−U∣U+V=z)=n−1zn−1∫z0e−u(z−u)n−2du

Ma quell'ultimo integrale ha una forma chiusa in termini di funzione gamma incompleta secondo Mathematica , e mi chiedo cosa fare ora.


Dovresti procedere con il primo metodo, trovando la distribuzione condizionale di , con quale forma della statistica sufficiente può essere più facile lavorare con questa applicazione. X[1]|∏XiX[1]|∏Xi
— jbowman

1
Nel punto (all'inizio) in cui si introduce si dovrebbe pensare di lavorare in termini di variabiliÈ quasi immediato che siano proporzionali alle distribuzioni , il che riduce rapidamente il problema a considerare la distribuzione congiunta di dove e Ciò consentirà di accedere rapidamente alle restanti due pagine di matematica e di fornire un rapido percorso verso una soluzione. TTYi=−logXi.Yi=−logXi.Γ(1)Γ(1)(U,U+V)(U,U+V)U∼Γ(1)U∼Γ(1)V∼Γ(n−1).V∼Γ(n−1).
— whuber

@whuber Per essere chiari, mi stai suggerendo di trovare prima la densità di e da quella trovo la densità di ? Avevo notato che gli sono variabili esponenziali con rate (che è anche una variabile Gamma come dici tu), ma non avevo pensato di lavorarci. (−lnX1,−lnX1−∑ni=2lnXi)(−lnX1,−lnX1−∑ni=2lnXi)(X1,∏Xi)(X1,∏Xi)−lnXi−lnXiθθ
— Testardo:

1
@whuber Ma come otterrei da direttamente? E(X1∣...)E(X1∣...)E(lnX1∣...)E(lnX1∣...)
— Testardo

1
@whuber Per favore dai un'occhiata alla mia modifica. L'ho quasi fatto ma non sono sicuro di cosa fare con quell'integrale. Sono abbastanza sicuro che i miei calcoli siano corretti.
— Testardo:

Risposte:


5

Si scopre che entrambi gli approcci (il mio tentativo iniziale e un altro basato su suggerimenti nella sezione commenti) nel mio post originale danno la stessa risposta. Descriverò entrambi i metodi qui per una risposta completa alla domanda.

Qui, indica la densità gamma dove e indica una distribuzione esponenziale con media , ( ). Chiaramente, Gamma(n,θ)Gamma(n,θ)f(y)=θnΓ(n)e−θyyn−11y>0f(y)=θnΓ(n)e−θyyn−11y>0θ,n>0θ,n>0Exp(θ)Exp(θ)1/θ1/θθ>0θ>0Exp(θ)≡Gamma(1,θ)Exp(θ)≡Gamma(1,θ) .

Poiché è completamente sufficiente per e , dal teorema di Lehmann-Scheffe è l'UMVUE diT=∑ni=1lnXiT=∑ni=1lnXiθθE(X1)=θ1+θE(X1)=θ1+θE(X1∣T)E(X1∣T)θ1+θθ1+θ . Quindi dobbiamo trovare questa aspettativa condizionale.

Notiamo che .Xii.i.d∼Beta(θ,1)⟹−lnXii.i.d∼Exp(θ)⟹−T∼Gamma(n,θ)Xi∼i.i.dBeta(θ,1)⟹−lnXi∼i.i.dExp(θ)⟹−T∼Gamma(n,θ)

Metodo I:

Sia e , in modo che e siano indipendenti. In effetti, e , implicando .U=−lnX1U=−lnX1V=−∑ni=2lnXiV=−∑ni=2lnXiUUVVU∼Exp(θ)U∼Exp(θ)V∼Gamma(n−1,θ)V∼Gamma(n−1,θ)U+V∼Gamma(n,θ)U+V∼Gamma(n,θ)

Quindi, .E(X1∣∑ni=1lnXi=t)=E(e−U∣U+V=−t)E(X1∣∑ni=1lnXi=t)=E(e−U∣U+V=−t)

Ora scopriamo la distribuzione condizionata di .U∣U+VU∣U+V

Per e , densità articolare din>1n>1θ>0θ>0(U,V)(U,V) è

fU,V(u,v)=θe−θu1u>0θn−1Γ(n−1)e−θvvn−21v>0=θnΓ(n−1)e−θ(u+v)vn−21u,v>0

fU,V(u,v)=θe−θu1u>0θn−1Γ(n−1)e−θvvn−21v>0=θnΓ(n−1)e−θ(u+v)vn−21u,v>0

Cambiando le variabili, è immediato che la densità congiunta di sia(U,U+V)(U,U+V)fU,U+V(u,z)=θnΓ(n−1)e−θz(z−u)n−210<u<z

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n−1)e−θz(z−u)n−210<u<z

Lasciare è la densità di . Pertanto la densità condizionale di èfU+V(⋅)fU+V(⋅)U+VU+VU∣U+V=zU∣U+V=zfU∣U+V(u∣z)=fU,U+V(u,z)fU+V(z)=(n−1)(z−u)n−2zn−110<u<z

fU∣U+V(u∣z)=fU,U+V(u,z)fU+V(z)=(n−1)(z−u)n−2zn−110<u<z

Pertanto, .E(e−U∣U+V=z)=n−1zn−1∫z0e−u(z−u)n−2duE(e−U∣U+V=z)=n−1zn−1∫z0e−u(z−u)n−2du

Cioè, l'UMVUE di èθ1+θθ1+θE(X1∣T)=n−1(−T)n−1∫−T0e−u(−T−u)n−2duE(X1∣T)=n−1(−T)n−1∫−T0e−u(−T−u)n−2du(1)

Metodo II:

Poiché è una statistica sufficientemente completa per , qualsiasi stimatore imparziale di che è una funzione di sarà l'UMVUE di dal teorema di Lehmann-Scheffe. Quindi procediamo a trovare i momenti di , la cui distribuzione ci è nota. Abbiamo,TTθθθ1+θθ1+θTTθ1+θθ1+θ−T−T

E(−T)r=∫∞0yrθne−θyyn−1Γ(n)dy=Γ(n+r)θrΓ(n),n+r>0

E(−T)r=∫∞0yrθne−θyyn−1Γ(n)dy=Γ(n+r)θrΓ(n),n+r>0

Usando questa equazione otteniamo stimatori imparziali (e UMVUE) di per ogni numero intero1/θr1/θrr≥1r≥1 .

Ora per , abbiamoθ>1θ>1θ1+θ=(1+1θ)−1=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯θ1+θ=(1+1θ)−1=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

Combinando gli stimatori imparziali di otteniamo1/θr1/θrE(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+⋯)=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+⋯)=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

Cioè,E(∞∑r=0Trn(n+1)...(n+r−1))=θ1+θ

E(∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1))=θ1+θ

Quindi, supponendo , UMVUE di èθ>1θ>1θ1+θθ1+θg(T)=∞∑r=0Trn(n+1)...(n+r−1)g(T)=∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1)(2)


Non sono sicuro del caso0<θ<10<θ<1 nel secondo metodo.

Secondo Mathematica , l'equazione ha una forma chiusa in termini di funzione gamma incompleta. E nell'equazione , possiamo esprimere il prodotto in termini della normale funzione gamma come . Questo forse fornisce l'apparente connessione tra e .(1)(1)(2)(2)n(n+1)(n+2)...(n+r−1)n(n+1)(n+2)...(n+r−1)n(n+1)(n+2)...(n+r−1)=Γ(n+r)Γ(n)n(n+1)(n+2)...(n+r−1)=Γ(n+r)Γ(n)(1)(1)(2)(2)

Usando Mathematica ho potuto verificare che e fossero effettivamente la stessa cosa.(1)(1)(2)(2)


In effetti, l'uguaglianza tra e segue scrivendo l'espansione della serie di potenze di in e quindi scambiando l'integrale e la somma. (1)(1)(2)(2)e−u(2)
— Testardo:

1

Penso che possiamo arrivare alla risposta più compatta a cui hai accennato riguardo alla funzione gamma incompleta superiore. Usando il primo metodo, ho trovato l'espressione

E[X1|X1X2⋯Xn=eT]=(n−1)∫10zr(1−r)n−zdr,

dovez=eT.

Wolfram Alpha lo integra per ottenere E[X1|X1X2⋯Xn=eT]=eT(n−1)Tn−1[(n−2)!−Γ(n−1,T)]

Ora il termine della funzione gamma incompleta ha una forma chiusa quando è un numero intero. Èn

Γ(n−1,T)=Γ(n−1)eTn−2∑j=0Tjj!

Riscrivere le aspettative e semplificare, troviamo

E[X1|X1X2⋯Xn=eT]=Γ(n)Tn−1[eT−n−2∑j=0Tjj!]

Non ho accesso al software che verificherà l'equivalenza con i tuoi risultati e , ma i calcoli manuali per e corrispondono al tuo .(1)(2)n=2n=3(1)


Dove hai scritto dovresti avereE[X1∣x1x2⋯xn=eT],E[X1∣X1X2⋯Xn=eT].
— Michael Hardy,
Utilizzando il nostro sito, riconosci di aver letto e compreso le nostre Informativa sui cookie e Informativa sulla privacy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.