Come trovare la varianza tra punti multidimensionali?


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Supponiamo che io abbia una matrice X che è n per p, cioè che ha n osservazioni, con ogni osservazione nello spazio p-dimensionale.

Come posso trovare la varianza di queste n osservazioni?

Nel caso in cui p = 1, ho solo bisogno di usare la formula di varianza regolare. Che dire dei casi in cui p> 1.

Risposte:


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Per un variabile casuale dimensionale , abbiamo la seguente definizione della varianza:X = ( X 1 , … , X p ) ⊺pX=(X1,…,Xp)⊺

Var(X)=E[(X−EX)(X−EX)⊺]=(Var(X1)…Cov(X1,Xp)⋮⋱⋮Cov(Xp,X1)…Var(Xp))

Cioè, la varianza di un vettore casuale è definita come la matrice che memorizza tutte le varianze sulla diagonale principale e le covarianze tra i diversi componenti negli altri elementi. La matrice di covarianza campione verrebbe quindi calcolata collegando gli analoghi del campione per le variabili di popolazione:p×p

XijijˉX⋅jj

1n−1(∑i=1n(Xi1−X¯⋅1)2…∑i=1n(Xi1−X¯⋅1)(Xip−X¯⋅p)⋮⋱⋮∑i=1n(Xip−X¯⋅p)(Xi1−X¯⋅1)…∑i=1n(Xip−X¯⋅p)2)
dove indica la esima osservazione per funzione e la media campionaria delXijijX¯⋅jjth caratteristica. Per riassumere, la varianza di un vettore casuale è definita come la matrice contenente le singole varianze e covarianze. È quindi sufficiente calcolare le varianze e le covarianze del campione per tutti i componenti vettoriali singolarmente.
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