Se eu der dois quantis e seus locais correspondentes (cada) no intervalo aberto , posso sempre encontrar parâmetros de uma distribuição beta que tenha esses quantis em os locais especificados?
Se eu der dois quantis e seus locais correspondentes (cada) no intervalo aberto , posso sempre encontrar parâmetros de uma distribuição beta que tenha esses quantis em os locais especificados?
Respostas:
A resposta é sim, desde que os dados atendam aos requisitos óbvios de consistência. O argumento é direto, baseado em uma construção simples, mas requer alguma configuração. Tudo se resume a um fato intuitivamente atraente: aumentar o parâmetro em uma distribuição Beta aumenta o valor de sua densidade (PDF) mais para maior que menor ; e aumentar faz o oposto: quanto menor , maior o valor do PDF.
Os detalhes a seguir.
Seja o quantil desejado e o quantil desejado seja com e (portanto) . Depois,existem e exclusivospara os quais adistribuiçãoBeta possui esses quantis.
A dificuldade em demonstrar isso é que a distribuição Beta envolve uma constante normalizadora recalcitrante. Lembre-se da definição: para e , o Beta distribuição tem uma função de densidade (PDF)
A constante de normalização é a função Beta
Tudo fica confuso se tentarmos diferenciar diretamente em relação a e , que seria a maneira da força bruta de tentar uma demonstração.
Uma maneira de evitar a necessidade de analisar a função Beta é observar que os quantis são áreas relativas . Isso é,
para . Aqui, por exemplo, estão o PDF e a função de distribuição cumulativa (CDF) de uma distribuição Beta para a qual e .
A função de densidade é plotada à esquerda. é a área sob a curva à esquerda de , mostrada em vermelho, relativa à área total sob a curva. é a área à esquerda de , igual à soma das regiões vermelha e azul, novamente em relação à área total . O CDF à direita mostra como e marque dois pontos distintos nele.
Nesta figura, foi fixada em , foi seleccionado para ser , e, em seguida, um valor de foi encontrado para que encontra-se em o CDF Beta .
Lema : Esse sempre pode ser encontrado.
Para ser específico, deixe ser corrigido de uma vez por todas. (Eles permanecem os mesmos nas ilustrações a seguir: nos três casos, a área relativa à esquerda de é igual a ) Para qualquer , o Lemma afirma que há um valor único de , escrito para o qual é oquantil q 1 do Beta distribuição.
Para ver o porquê, observe primeiro que, quando aproxima de zero, toda a probabilidade se acumula perto dos valores de , onde aproxima de . À medida que aproxima do infinito, toda a probabilidade se aproxima dos valores de , onde aproxima de . No meio, a função está aumentando estritamente em .
Essa afirmação é geometricamente óbvia: equivale a dizer que, se olharmos para a área à esquerda sob a curva relação à área total sob a curva e compará-la com a área relativa sob a curva para b ′ > b , a última área é relativamente maior. A proporção dessas duas funções é ( 1 - x ) b ′ - b . Esta é uma função igual a 1 quando caindo constantemente para quando Portanto, as alturas da função sãorelativamente maioresque as alturas de para à esquerda de do que são para à direita de Conseqüentemente, aáreaà esquerda de na primeira deve serrelativamentemaior que a área à direita de (Isso é fácil de traduzir em um argumento rigoroso usando uma soma de Riemann, por exemplo.)
Vimos que a função está aumentando estritamente monotonicamente com valores-limite em e como e respectivamente. Também é (claramente) contínuo. Conseqüentemente, existe um número onde e esse número é único, comprovando o lema.
O mesmo argumento mostra que, à medida que aumenta, a área à esquerda de aumenta. Consequentemente, os valores de variam ao longo de algum intervalo de números à medida que progride de quase a quase O limite de como é
Aqui está um exemplo em que é próximo de (é igual a ). Com e (como na figura anterior), Quase não há área entre e
O CDF é praticamente plano entre e onde está praticamente no topo de No limite de ,
No outro extremo, valores suficientemente grandes de derivação para arbitrariamente próximos de Aqui está um exemplo com como antes.
Aqui e é cerca de Agora é essencialmente não há quase nenhuma área à direita de
Conseqüentemente, você pode selecionar qualquer entre e e ajustar até Assim como antes, este deve ser único,QED.
O R
código de trabalho para encontrar soluções é publicado em Determinando os parâmetros de distribuição beta e partir de dois pontos arbitrários (quantis) .