Média e variância de uma distribuição de Poisson inflada a zero


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Alguém pode mostrar como o valor esperado e a variação do Poisson inflado com zero, com função de massa de probabilidade

f(y)={π+(1−π)e−λ,if y=0(1−π)λye−λy!,if y=1,2....

onde é a probabilidade de que a observação seja zero por um processo binomial e é a média do Poisson?λπλ

O resultado é o valor esperado e a variação é .μ + πμ=(1−π)λμ+π1−πμ2

ADICIONAR: Estou procurando um processo. Por exemplo, você pode usar uma função de geração de momentos? Por fim, gostaria de ver como fazer isso para entender melhor a gama inflada zero e outras também.


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Parece que você conhece um modelo de como essa distribuição de probabilidade surgiria. Você pode usar isso para ajudá-lo?
— cardeal

Respostas:


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Método 0 : O estatístico preguiçoso.

Observe que para , temos onde é a probabilidade de uma variável aleatória Poisson assumir o valor . Como o termo correspondente a não afeta o valor esperado, nosso conhecimento do Poisson e a linearidade da expectativa nos dizem imediatamente que e f ( y ) = ( 1 - π ) p y p y y y = 0 μ = ( 1 - π ) λ E Y 2 = ( 1 - π ) ( λ 2 + λ )y≠0f(y)=(1−π)pypyyy=0

μ=(1−π)λ
EY2=(1−π)(λ2+λ).

Um pouco de álgebra e a identidade produz o resultado.Var(Y)=EY2−μ2

Método 1 : Um argumento probabilístico.

Muitas vezes, é útil ter um modelo probabilístico simples de como surge uma distribuição. Seja e sejam variáveis ​​aleatórias independentes. Defina Então, é fácil ver que tem a distribuição desejada . Para verificar isso, observe que pela independência. Da mesma forma para .Y ∼ P o i ( λ ) X = Z ⋅ YZ∼Ber(1−π)Y∼Poi(λ)X f

X=Z⋅Y.
XfP(X=0)=P(Z=0)+P(Z=1,Y=0)=π+(1−π)e−λk ≠ 0P(X=k)=P(Z=1,Y=k)k≠0

A partir disso, o resto é fácil, pois pela independência de e , e, Y μ = E X = E Z Y = ( E Z ) ( E Y ) = ( 1 - π ) λZY

μ=EX=EZY=(EZ)(EY)=(1−π)λ,
Var(X)=EX2−μ2=(EZ)(EY2)−μ2=(1−π)(λ2+λ)−μ2=μ+π1−πμ2.

Método 2 : Cálculo direto.

A média é facilmente obtida por um pequeno truque de puxar um e reescrever os limites da soma. λ

μ=∑k=1∞(1−π)ke−λλkk!=(1−π)λe−λ∑j=0∞λjj!=(1−π)λ.

Um truque semelhante funciona para o segundo momento: partir do qual podemos prosseguir com a álgebra como no primeiro método.

EX2=(1−π)∑k=1∞k2e−λλkk!=(1−π)λe−λ∑j=0∞(j+1)λjj!=(1−π)(λ2+λ),

Adendo : detalha alguns truques usados ​​nos cálculos acima.

Primeiro, lembre-se de que .∑k=0∞λkk!=eλ

Segundo, observe que onde a substituição foi feita na penúltima etapa.

∑k=0∞kλkk!=∑k=1∞kλkk!=∑k=1∞λk(k−1)!=∑k=1∞λ⋅λk−1(k−1)!=λ∑j=0∞λjj!=λeλ,
j=k−1

Em geral, para o Poisson, é fácil calcular os momentos fatoriais desde então . Temos que "pular" ao º índice para o início da soma no primeiro igualdade, pois para qualquer , desde exatamente um termo no produto é zero.EX(n)=EX(X−1)(X−2)⋯(X−n+1)

eλEX(n)=∑k=n∞k(k−1)⋯(k−n+1)λkk!=∑k=n∞λnλk−n(k−n)!=λn∑j=0∞λjj!=λneλ,
EX(n)=λnn0≤k<nk(k−1)⋯(k−n+1)=0

Cardeal, isso é fantástico. Você se importaria em dar um rápido detalhe sobre como retirar o ? Meu somatório está muito enferrujado. Obrigado! λ
— B_Miner

Obrigado novamente por isso. Essa pode ser uma pergunta fácil, mas o que acontece com a parte superior do pdf (quando y = 0) por que ela não é incluída no cálculo de ? μπ+(1−π)e−λμ
— B_Miner

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Lembre-se da definição do valor esperado para uma variável aleatória discreta: . Portanto, para , o termo no valor esperado é . y = 0 0 ⋅ ( π + ( 1 - π ) e - λ ) = 0μ=EY=∑y=0∞yP(Y=y)y=00⋅(π+(1−π)e−λ)=0
— cardeal
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