Dado n r.v uniformemente distribuído, qual é o PDF de um rv dividido pela soma de todos os n r.v's?


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Estou interessado no seguinte tipo de caso: existem 'n' variáveis ​​aleatórias contínuas que devem somar 1. Qual seria então o PDF para qualquer variável individual desse tipo? Portanto, se , estou interessado na distribuição de , em que e são todos distribuídos uniformemente. A média, obviamente, neste exemplo, é , pois é apenas , e embora seja fácil simular a distribuição em R, não sei qual é a equação real para o PDF ou CDF.X 1n=3 X1,X2X31/31/nX1X1+X2+X3X1,X2X31/31/n

Essa situação está relacionada à distribuição do Irwin-Hall ( https://en.wikipedia.org/wiki/Irwin%E2%80%93Hall_distribution ). Somente Irwin-Hall é a distribuição da soma de n variáveis ​​aleatórias uniformes, enquanto eu gostaria da distribuição de um de n rv uniformes dividido pela soma de todas as n variáveis. Obrigado.


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Se as variáveis ​​aleatórias uniformes contínuas somam , então com , e, portanto, a distribuição de é a mesma que a distribuição de , certo? 1 n = 3 X 1 + X 2 + X 3 = 1 X 1n1n=3X1+X2+X3=1X1X1X1+X2+X3=X1X1
precisa saber é o seguinte

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Devo me corrigir: as N distribuições uniformes não somam 1. Suponho que cada uma seja uniforme entre 0 e 1 e, portanto, sua soma pode ser de 0 a N. Penso em pegar cada variável uniforme e dividir pela soma de todas as N variáveis ​​uniformes para obter um conjunto de N variáveis ​​aleatórias que somam 1 e têm o valor esperado 1 / N. Nota: removi a palavra 'uniforme' da minha primeira frase. A distribuição que estou procurando não é uniforme, mas é derivada da divisão de uma das N variáveis ​​uniformes pela soma de todas as N variáveis ​​uniformes, de alguma forma. Só não sei como.
user3593717

Onde os são distribuídos exponencialmente, o vetor de variáveis ​​normalizadas possui uma distribuição Dirichlet. Isso pode ser interessante por si só, mas investigar também pode fornecer táticas para esse tipo de situação. Xi
conjectures

Respostas:


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Os pontos de interrupção no domínio o tornam um pouco confuso. Uma abordagem simples, porém tediosa, é chegar ao resultado final. Para deixar e Em seguida,Y = X 2 + X 3 , W = X 2 + X 3n=3,Y=X2+X3, t=1+W. Z=1W=X2+X3X1,T=1+W.Z=1T=X1X1+X2+X3.

Os pontos de interrupção estão em 1 para 1 e 2 para 2 e 3 para e e para Eu achei o pdf completo comoW , T , 1 / 3 1 / 2 Z .Y,W,T,1/31/2Z.

f(z)={     1(1z)2 ,if 0z1/33z39z2+6z13z3(1z)2 ,if 1/3z1/2       1z3z3 ,if 1/2z1

O cdf pode ser encontrado como

F(z)={           z(1z) ,if 0z1/312+18z3+24z29z+16z2(1z) ,if 1/3z1/2        56+2z16z2 ,if 1/2z1

+1 Nice. Além disso, sua densidade concorda perfeitamente com a simulação.
Glen_b -Reinstala Monica

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Seja . Podemos encontrar o cdf de calculando Em seguida, diferenciamos e substituímos o pdf do Irwin-Hall para obter o pdf desejado: Y=i=2nXiX1/i=1nXi

P(X1i=1nXit)=P(X1ti=1nXi)=P((1t)X1ti=2nXi)=P(X1t1tY)=01P(x1t1tY) dx1=01(1FY(1ttx1)) dx1=101FY(1ttx1) dx1
f(t)=01fY(1ttx1)x1t2 dx1=1t201(n1)t1tk=01ttx11(n2)!(1)k(n1k)(1ttx1k)n1x1 dx1
A partir daqui, fica um pouco confuso, mas você deve poder trocar a integral e a soma e, em seguida, executar uma substituição (por exemplo, ) para avaliar a integral e, portanto, obter uma fórmula explícita para o pdf.u=tx11tk

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Assumindo

"as distribuições uniformes N não somam 1."

Foi assim que comecei (está incompleto):

Considere e deixe com um leve abuso de notação.Y=i=1nXiX=Xi

Considere e :U=XYV=Y

X=UVY=V

Depois da transformação das variáveis :

J=[VU01]

A função de probabilidade conjunta de é dada por:(U,V)

fU,V(u,v)=fX,Y(uv,v)|J|

Onde eXU(0,1)YIrwinHall

fX(x)={10x10otherwise

E,

fY(y)=12(n1)!k=0n(1)k(nk)(xk)n1sign(xk)

Assim,

fU,V(u,v)={12(n1)!k=0n(1)k(nk)(uvk)n1sign(uvk)0uv10otherwise

efU(u)=fU,V(u,v)dv


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Suponha que já sabemos que soma de tem uma distribuição Irwin-Hall. Agora, sua pergunta muda para encontrar o pdf (ou CDF) de quando X tinha uma distribuição e tem uma distribuição Irwin-Hall.U(0,1)XYU(0,1)Y

Primeiro, precisamos encontrar ele pdf conjunta de e .XY

SejaY1=X1Y2=X1+X2Y3=X1+X2+X3

Então

X1=Y1X2=Y2Y1X3=Y3Y2Y1

J=|X1Y1X1Y2X1Y3X2Y1X2Y2X2Y3X3Y1X3Y2X3Y3|=1

Como são iid com portanto,X1,X2,X3U(0,1),f(x1,x2,x3)=f(x1)f(x2)f(x3)=1

A distribuição conjunta com éy1,y2,y3

g(y1,y2,y3)=f(y1,y2,y3)|J|=1

Em seguida, vamos integrar o e podemos obter a distribuição conjunta de e ou seja, a distribuição conjunta de eY2Y1Y3X1X1+X2+X3

Como sugerido pelo whuber agora mudei os limites

(1)h(y1,y3)=y1+1y31g(y1,y2,y3)dy2=y1+1y311dy2=y3y12

Agora, sabemos que o pdf conjunto de ou seja, o pdf conjunto e é .X,YX1X1+X2+X3y3y12

Em seguida, localize o pdf deXY

Precisamos de outra transformação:

SejaY1=XY2=XY

EntãoX=Y1Y=Y1Y2

Então

J=|xy1xy2yy1yy2|=|101y2y1y22|=y1y22

já a distribuição conjunta de dos passos acima ref (1) .X,Y

g2(y1,y2)=h(y1,y3)|J|=(y3y12)y1y22

Em seguida, integramos , obtemos o pdf de e, em seguida, o pdf dey1y2XY

(2)h2(y2)=01(y3y12)y1y22dy1=1y22(y32131)

Este é o pdf de ou seja,X/YX1X1+X2+X3

Ainda não terminamos, o que é em (2) então?y3

Sabemos que desde a primeira transformação.Y3=X1+X2+X3

Portanto, pelo menos sabemos que tem uma distribuição Irwin-Hall .Y3

Gostaria de saber se podemos conectar o Irwin-Hall para pdf a (2) para obter uma fórmula explícita? ou podemos fazer algumas simulações daqui, como Glen sugeriu?n=3


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A simulação parece não concordar com esse pdf.
Glen_b -Reinstala Monica

A lógica e as etapas parecem corretas, mas me sinto desconfortável com esta solução.
Deep North

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Onde você integrou , precisava contabilizar as condições e . y2y1y2y3y31y2y1+1
whuber
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