Probabilidade condicional de variável contínua


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Suponha que a variável aleatória U siga uma distribuição uniforme uniforme com os parâmetros 0 e 10 (ou seja, U∼U(0,10) )

Agora, vamos denotar A o evento que U = 5 e B o evento que U é igual a 5 ou 6. De acordo com o meu entendimento, ambos os eventos têm probabilidade zero de ocorrer.

Agora, se considerarmos calcular P(A|B) , não podemos usar a lei condicional P(A|B)=P(A∩B)P(B) , porqueP(B)é igual a zero. No entanto, a minha intuição me diz queP(A|B)=1/2.


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O que sua intuição lhe diria se tivesse densidade não uniforme de 0,02 u , u ∈ ( 0 , 10 ) ? U0.02u,u∈(0,10)
— Dilip Sarwate

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@DilipSarwate Minha intuição me dizia que a resposta é um número ligeiramente inferior a 0,5
— Noob

Respostas:


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"O conceito de probabilidade condicional em relação a uma hipótese isolada cuja probabilidade é igual a 0 é inadmissível." A. Kolmogorov

Para variáveis ​​aleatórias contínuas, e Y dizem, distribuições condicionais são definidas pela propriedade de que eles recuperam a medida de probabilidade original, ou seja, para todos os conjuntos mensuráveis A ∈ B ( X ) , B ∈ B ( Y ) , P ( X ∈ Um , Y ∈ B ) = ∫ B d P Y ( Y ) ∫ B d P X | Y ( x |XYA∈B(X)B∈B(Y) Isso implica que a densidade condicional seja definida arbitrariamente em conjuntos de medidas zero ou, em outras palavras, que a densidade condicional p X | Y ( x | y ) é definidoquase em todo lugar. Como o conjunto { 5 , 6 } é da medida zero em relação à medida de Lebesgue, isso significa que você pode definir p ( 5 ) e p ( 6 ) de maneiras absolutamente arbitrárias e, portanto, a probabilidade P ( U = 5 |

P(X∈A,Y∈B)=∫BdPY(y)∫BdPX|Y(x|y)
pX|Y(x|y){5,6}p(5)p(6) pode assumir qualquer valor.
P(você=5|você∈{5,6})

Isso não significa que você não pode definir uma densidade condicional pela fórmula da razão como no caso normal bivariado, mas simplesmente que a densidade é definida apenas em quase todos os lugares para ambos x e y .

f(y|x)=f(x,y)/f(x)
xy

"Muitos argumentos fúteis surgiram - entre probabilistas de outra forma competentes - sobre qual desses resultados é 'correto'." ET Jaynes

O fato de o argumento limitador (quando chegar a zero) na resposta acima parece dar uma resposta natural e intuitiva está relacionado ao paradoxo de Borel . A escolha da parametrização no limite é importante, como mostra o exemplo a seguir que uso nas minhas aulas de graduação.ϵ


Tome o bivariado normal , Y i.id ∼ N ( 0 , 1 ) Qual é a densidade condicional de X dado que X = Y ?

X,Y∼i.i.d.N(0,1)
XX=Y


Se alguém começa a partir da densidade da junta , a resposta "intuitiva" é [proporcional a] φ ( x ) 2 . Isso pode ser obtido considerando a mudança da variável ( x , t ) = ( x , y - x ) ∼ φ ( x ) φ ( t + x ) onde T = Y - X tem a densidade φ (φ(x)φ(y)φ(x)2

(x,t)=(x,y−x)∼φ(x)φ(t+x)
T=Y−X . Logo,f(x|t)= φ ( x ) φ ( t + x )φ(t/2)/2 ef(x|t=0)=φ(x)φ(x)
f(x|t)=φ(x)φ(t+x)φ(t/2)/2
No entanto, se considerarmos a alteração da variável(x,r)=(x,y/x)∼φ(x)φ(rx)| x| a densidade marginal deR=Y/Xé a densidade de Cauchyψ(r)=1/π{1+r2}e a densidade condicional deX
f(x|t=0)=φ(x)φ(x)φ(0/2)/2=φ(x)22
(x,r)=(x,y/x)∼φ(x)φ(rx)|x|
R=Y/Xψ(r)=1/π{1+r2}X dado que é f ( x |R
f(x|r)=φ(x)φ(rx)|x|×π{1+r2}
f(x|r=1)=πφ(x)2|x|/2.
R=1T=0 0X=YX

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Isto é simplesmente errado. Se você seguir um curso rigoroso da teoria das probabilidades, verá que o condicionamento a eventos de medida zero é possível e prático. Considere um gaussiano bitivariado. Todo mundo sabe que você pode condicionar a primeira variável assumindo o valor zero, embora esse evento tenha probabilidade zero. Veja a Wikipedia. pt.wikipedia.org/wiki/…
— Yair Daon

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Aqui está uma resposta controversa:

Xi'an está certo que você não pode condicionar eventos com probabilidade zero. No entanto, a Yair também tem razão em que, depois de decidir sobre um processo de limitação , você poderá avaliar uma probabilidade. O problema é que existem muitos processos limitadores que chegam à condição desejada.

Eu acho que o princípio da indiferença às vezes pode resolver essas escolhas. Argumenta que o resultado não deve ser afetado por uma troca arbitrária de rótulos. no seu caso, digamos, invertendo o intervalo para que fique uniforme(1,11)e os pontos 5 e 6 foram trocados. Inverter altera uma respostap para 1-p. Portanto, se você escolheu um processo limitador diferente para um do outro, então, por uma mudança arbitrária de rótulos (nesse caso, alterando o infinito positivo por infinito negativo) obteve um resultado diferente. Isso não deve acontecer de acordo com o princípio da indiferença. Portanto, a resposta é 0,5 como você adivinhou.

Observe que muitos estatísticos não aceitam o princípio da indiferença. Gosto porque reflete minhas intuições. Embora eu nem sempre tenha certeza de como aplicá-lo, talvez em 50 anos seja mais popular?


Obrigado por um post atencioso. Eu, por um lado, duvido seriamente que o "princípio da indiferença" seja sempre mainstream, porque não é viável. Seu argumento desmorona quando os valores subjacentes são reexpressos. A distribuição uniforme em[0 0,10] pode se tornar, digamos, uma distribuição Cauchy, 5 poderia se tornar 0 0e 6 tornar-se 1-25. Seu "princípio de indiferença" agora produz uma resposta completamente diferente. (Eu usei as transformações de probabilidade de trabalhar fora este exemplo.)
— whuber

@ whuber: O argumento de inversão não funcionaria para uma distribuição Cauchy, a menos que você alternasse o modo.
— 31515 Neil G

Claro que sim: existem várias maneiras de transformar uma distribuição contínua em outra que troca dois valores. Na verdade, seu "lançamento" nem preservou a distribuição original. (Ele mudou completamente o suporte.) Portanto, parece que tudo o que você está fazendo é substituir uma distribuição por outra. Parece não haver nenhum princípio operando aqui.
— whuber

@whuber: substituiu uma distribuição por outra, na qual as regiões uniformes ao redor dos 5 e 6 permaneceram inalteradas - da mesma maneira que acho que diminuir o zoom tenta deixar as densidades inalteradas nos círculos originais no paradoxo de Bertrand .
— 31515 Neil G

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@ whuber: Você está certo. Gostei muito da resposta da Batata para uma das minhas perguntas. Pessoalmente, penso que, se houver discrepância entre teoria e intuição, devemos procurar novas e mais completas teorias. Talvez o "princípio da indiferença" não esteja certo, ou geralmente não seja viável, mas tenho um desejo natural da teoria da probabilidade de responder a perguntas para as quais temos um entendimento intuitivo. Talvez Lebesgue tenha o mesmo tipo de angústia sobre a integração de Riemann quando criou sua integral?
— Neil G

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Yes we can! You can condition on events of zero probability! The math gets complicated - you need some measure theory but you can do it. In simple cases like this I would seek intuition by defining A=[5−ϵ2,5+ϵ2] and B=[5−ϵ4,5+ϵ4]∪[6−ϵ4,6+ϵ4]. Do everything now as you did before and take ϵ→0.

Let me stress again (and again) that the above method is used for intuition. Conditioning on events of zero probability is done very often without much thought. The best example I can think of is if (X1,X2)∼N(0,Σ) is a bivariate gaussian. One often considers the density of X1 given (say) X2=0, which is an event of measure zero. This is well grounded in theory, but not at all trivial. Regarding @Xi'an's quote of Kolmogorov - I can only quote Varadhan: "One of our goals is to seek a definition that makes sense when P(ξ=a)=0" (Probability Theory, Courant lecture notes, page 74).

So, yes, you can give meaning to conditioning on events of measure zero.


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Suppose U∼U[0,10]: that is, both 0 and 10 are possible. How would you deal with the situation when A={0} and B={0,6}? Would P(A|B)=1/2 (which "intuitively" is the right answer because all numbers in [0,10] have the same densities) or perhaps 1/3 (which a simple change of 5 to 0 in your formula would give) or even 0?
— whuber

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@YairDaon Thank you for you answer! If I understood well, you mean to do the following: for small ε, we have: P(A|B)=P(A∩B)P(B)=∫5−ε45+ε4f(u)du∫5−ε45+ε4f(u)du+∫6−ε46+ε4f(u)du=ε2ε2+ε2=0.5
— Noob

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@YairDaon But I think that the result is not invariant if originally we had defined A as [5−ε8,5+ε8] (and B the same as before). In such a case the result would be 18
— Noob

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It is excellent for the intuition by showing there is no unique answer: that is the basis for Kolmogorov's statement quoted by @Xi'an. The fact you had to change your procedure to make things come out as you thought they should ought to alert you to the problems with this approach.
— whuber

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The density of X2 given X1 is well-defined, contrary to the density of X2 given X1=0.
— Xi'an
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