Perbedaan variabel acak Gamma


10

Diberikan dua variabel acak independen dan , apa distribusi perbedaannya, yaitu ?Y ∼ G a m m a ( α Y , β Y ) D = X - YX∼Gamma(αX,βX)Y∼Gamma(αY,βY)D=X−Y

Jika hasilnya tidak diketahui, bagaimana saya akan mendapatkan hasilnya?



4
Sayangnya tidak relevan, posting itu mempertimbangkan jumlah tertimbang variabel acak Gamma di mana bobotnya benar-benar positif. Dalam kasus saya bobotnya masing-masing +1 dan -1.
— FBC

Makalah Moschopoulos mengklaim bahwa metode ini dapat diperluas ke kombinasi linier, tetapi Anda benar bahwa pengubahan ukuran tampaknya terbatas pada bobot lebih besar dari 0. Saya tetap dikoreksi.
— Dimitriy V. Masterov

Ada sedikit harapan untuk mendapatkan sesuatu yang sederhana atau tertutup kecuali dua faktor skala itu sama.
— Whuber

3
Hanya sebuah komentar kecil: untuk kasus khusus rv yang didistribusikan secara eksponensial dengan parameter yang sama hasilnya adalah Laplace ( en.wikipedia.org/wiki/Laplace_distribution ).
— Ric

Jawaban:


19

Saya akan menguraikan bagaimana masalahnya dapat didekati dan menyatakan apa yang saya pikir hasil akhirnya akan untuk kasus khusus ketika parameter bentuk adalah bilangan bulat, tetapi tidak mengisi rinciannya.

  • Pertama, perhatikan bahwa mengambil nilai dalam dan memiliki dukungan .( - ∞ , ∞ ) f X - Y ( z ) ( - ∞ , ∞ )X−Y(−∞,∞)fX−Y(z)(−∞,∞)

  • Kedua, dari hasil standar bahwa kepadatan jumlah dua variabel acak kontinu independen adalah konvolusi kepadatannya, yaitu, dan bahwa kepadatan variabel acak adalah , simpulkan bahwa - Y f - Y ( α ) = f Y ( - α ) f X - Y ( z ) = f X + ( - Y ) ( z ) = ∫ ∞ - ∞ f X ( x ) f - Y ( z - x )

    fX+Y(z)=∫−∞∞fX(x)fY(z−x)dx
    −Yf−Y(α)=fY(−α)
    fX−Y(z)=fX+(−Y)(z)=∫−∞∞fX(x)f−Y(z−x)dx=∫−∞∞fX(x)fY(x−z)dx.
  • Ketiga, untuk variabel acak non-negatif dan , perhatikan bahwa ungkapan di atas menyederhanakan untuk Y f X - Y ( z ) = { ∫ ∞ 0 f X ( x ) f Y ( x - z )XY

    fX−Y(z)={∫0∞fX(x)fY(x−z)dx,z<0,∫0∞fX(y+z)fY(y)dy,z>0.
  • Akhirnya, menggunakan parametrization untuk mengartikan variabel acak dengan densitas , dan dengan dan variabel acak , kita memiliki yang Demikian pula, untuk , Γ(s,λ)λ(λx)s−1Γ(s)exp⁡(−λx)1x>0(x)X∼Γ(s,λ)Y∼Γ(t,μ)z>0

    fX−Y(z)=∫0∞λ(λ(y+z))s−1Γ(s)exp⁡(−λ(y+z))μ(μy)t−1Γ(t)exp⁡(−μy)dy(1)=exp⁡(−λz)∫0∞p(y,z)exp⁡(−(λ+μ)y)dy.
    z<0
    fX−Y(z)=∫0∞λ(λx)s−1Γ(s)exp⁡(−λx)μ(μ(x−z))t−1Γ(t)exp⁡(−μ(x−z))dx(2)=exp⁡(μz)∫0∞q(x,z)exp⁡(−(λ+μ)x)dx.

Integral ini tidak mudah untuk dievaluasi tetapi untuk kasus khusus , Gradshteyn dan Ryzhik, Tabel Integral, Seri, dan Produk, Bagian 3.383, mencantumkan nilai dalam hal fungsi polinomial, eksponensial, dan Bessel dari dan ini dapat digunakan untuk menuliskan ekspresi eksplisit untuk .s=t

∫0∞xs−1(x+β)s−1exp⁡(−νx)dx
βfX−Y(z)

Dari sini, kita mengasumsikan bahwa dan adalah bilangan bulatst sehingga adalah polinomial dalam dan derajat dan adalah polinomial dalam dan derajat .p(y,z)yz(s+t−2,s−1)q(x,z)xz(s+t−2,t−1)

  • Untuk , integral adalah jumlah integral Gamma sehubungan dengan dengan koefisien . Oleh karena itu, kerapatan sebanding dengan kerapatan campuran variabel acak untuk . Perhatikan bahwa hasil ini akan bertahan meskipun bukan bilangan bulat.z>0(1)sy1,z,z2,…zs−1X−YΓ(1,λ),Γ(2,λ),⋯,Γ(s,λ)z>0t

  • Demikian pula, untuk , kerapatan sebanding dengan kerapatan campuran variabel acak dibalik selesai , yaitu, ia akan memiliki istilah seperti alih-alih yang biasa . Selain itu, hasil ini akan bertahan meskipun bukan bilangan bulat.z<0X−YΓ(1,μ),Γ(2,μ),⋯,Γ(t,μ)(μ|z|)k−1exp⁡(μz)(μz)k−1exp⁡(−μz)s


2
+1: Setelah melihat masalah ini sebelumnya, saya menemukan jawaban ini menarik.
— Neil G

Saya akan menerima jawaban ini meskipun tampaknya tidak ada solusi bentuk tertutup. Sedekat mungkin, terima kasih!
— FBC

Saya suka alasan di sini, tapi saya bertanya-tanya apakah ada ukuran di mana langkah kedua istirahat, yaitu, ? f−Y(α)≠fY(−α)
— mpacer

@mpacer Tidak, selalu berlaku. Ini adalah hasil umum yang tidak memerlukan asumsi (normalitas, Gamma-eity, RV positif dll). Untuk kasus khusus dari variabel acak positif (yaitu, ), adalah variabel acak negatif yang mengambil nilai kurang dari dengan probabilitas . f−Y(α)=fY(−α) P{Y>0}=1−Y01
— Dilip Sarwate

1
@mpacer Jika adalah variabel acak positif dengan kerapatan , maka tidak benar bahwa tidak terdefinisi untuk . Bahkan, yang didefinisikan sebagai memiliki nilai untuk . Dengan demikian, untuk semua angka positif , dan kepadatan adalah kepadatan "terbalik" sehubungan dengan titik asal (atau sumbu vertikal jika Anda lebih suka.) Saya tidak "menafsirkan"f Y ( α ) f Y ( α ) α < 0 f Y ( α ) 0 α < 0 f - Y ( α ) = f Y ( α ) = 0 α Y Y - - f Y R +YfY(α)fY(α)α<0fY(α)0α<0f−Y(α)=fY(α)=0αYY−operator berbeda, yang menuntut gagasan "tepat" yang akan mendukung gagasan Anda bahwa domain adalah saja−fYR+
— Dilip Sarwate

Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.