Teste Qui-quadrado de duas amostras


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Esta pergunta é do livro de Van der Vaart Asymptotic Statistics, pág. 253. # 3:

Suponha que e sejam vetores multinomiais independentes com parâmetros e . Sob a hipótese nula de que mostra queXmYn(m,a1,…,ak)(n,b1,…,bk)ai=bi

∑i=1k(Xm,i−mc^i)2mc^i+∑i=1k(Yn,i−nc^i)2nc^i
possui . onde .c i = ( X m , i + Y n , i ) / ( m + n )χk−12c^i=(Xm,i+Yn,i)/(m+n)

Preciso de ajuda para começar. Qual é a estratégia aqui? Consegui combinar os dois summands em:

∑i=1k(mYn,i−nXm,i)2mn(m+n)c^i

mas isso não funciona com o CLT porque é uma combinação ponderada de e . Não tenho certeza se este é o caminho certo. Alguma sugestão?Y nXmYn

EDIT: se então é muito fácil, porque temosm=n

mYn−nXmmn(m+n)=Yn−Xm(m+n)

onde o numerador pode ser visto como uma soma das diferenças das variáveis ​​Multinomiais para que possamos aplicar o CLT e finalizá-lo com o Teorema 17.2 do mesmo capítulo. No entanto, não consigo descobrir como fazer isso funcionar nessa situação com diferentes tamanhos de amostra. Qualquer ajuda?(1,a1,…,ak)

Um link para o capítulo 17 do van der Vaart, do Google Livros

Respostas:


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Primeiro alguma notação. Let e denotam a sequência categórica associada a e , ou seja, . Seja . Considere as binerizações where é o delta de Kronecker. Então nós temos{ Y t } 1 , … , n X m Y nPr { X t =i } =ai,Pr { Y t =i } =biN=n+m X ∗ Eu{Xt}1,…,m{Yt}1,…,nXmYnPr{Xt=i}=ai,Pr{Yt=i}=biN=n+m δi,j≡1i=jXm,i= N ∑ t = 1 X ∗ t ,

Xi∗=(X1,i∗,…,XN,i∗)=(δi,X1,…,δi,Xn,0,…,0)Yi∗=(Y1,i∗,…,YN,i∗)=(0,…,0,δi,Y1,…,δi,Yn)
δi,j≡1i=j
Xm,i=∑t=1NXt,i∗=∑t=1mδi,XtYn,i=∑t=1NYt,i∗=∑t=1nδi,Yt

Agora começamos a prova. Primeiro, combinamos os dois summands da estatística de teste. Observe que Para que possamos escrever a estatística do teste como

Xm,i−mc^i=(n+m)Xm,i−m(Xm,i+Yn,i)n+m=nXm,i−mYn,in+mYn,i−nc^i=(n+m)Yn,i−n(Xm,i+Yn,i)n+m=mYn,i−nXm,in+m
S=∑i=1k(Xm,i−mc^i)2mc^i+∑i=1k(Yn,i−nc^i)2nc^i=∑i=1k(nXm,i−mYn,i)2(n+m)2mc^i+∑i=1k(nXm,i−mYn,i)2(n+m)2nc^i=∑i=1k(nXm,i−mYn,i)2nm(n+m)c^i

Observe que com o seguintes propriedades

nXm,i−mYn,i=∑t=1NnXt,i∗−mYt,i∗=Zi
E[Zi]=nE[Xm,i]−mE[Yn,i]=nmai−nmai=0Var[Zi]=Var[nXm,i−mYn,i]=n2Var[Xm,i]−m2Var[Yn,i]Note Xm,i and Yn,i are independent=n2mai(1−ai)+m2nai(1−ai)=nm(n+m)ai(1−ai)Cov[Zi,Zj]=E[ZiZj]−E[Zi]E[Zj]=E[(nXm,i−mYn,i)(nXm,j−mYn,j)]=n2(−maiaj+m2aiaj)−2n2m2aiaj+m2(−naiaj+n2aiaj)=−nm(n+m)aiaj

e assim, por CLT multivariado, temos onde o elemento , . Como Por Slutsky, temos que é a matriz de identidade ,

1nm(n+m)Z=nXm−mYnnm(n+m)→DN(0,Σ)
(i,j)Σσij=ai(δij−aj)c^=(c^1,…,c^k)→p(a1,…,ak)=a
nXm−mYnnm(n+m)c^→DN(0,Ik−aa′)
Ikk×ka=(a1,…,ak) . Como tem o autovalor 0 da multiplicidade 1 e o autovalor 1 da multiplicidade , pelo teorema do mapeamento contínuo (ou consulte Lema 17.1, Teorema 17.2 de van der Vaart), temosk-1 k ∑ i=1(n X m , i -m Y n , i ) 2Ik−aa′k−1
∑i=1k(nXm,i−mYn,i)2nm(n+m)c^i→Dχk−12
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