A centralização significa reduzir a covariância?


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Assumindo que tenho duas variáveis ​​aleatórias não independentes e que desejo reduzir a covariância entre elas o máximo possível, sem perder muito "sinal", significa centralizar a ajuda? Eu li em algum lugar que a centralização média reduz a correlação por um fator significativo, então acho que deve fazer o mesmo com a covariância.

Respostas:


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Se e são variáveis aleatórias e e são constantes, então centragem é o caso especial de e , de modo centragem não afectar covariância.XYab

Cov⁡(X+a,Y+b)=E[(X+a−E[X+a])(Y+b−E[Y+b])]=E[(X+a−E[X]−E[a])(Y+b−E[Y]−E[b])]=E[(X+a−E[X]−a)(Y+b−E[Y]−b)]=E[(X−E[X])(Y−E[Y])]=Cov⁡(X,Y).
a=−E[X]b=−E[Y]


Além disso, como a correlação é definida como podemos ver que portanto, a correlação também não é afetada pela centralização.

Corr⁡(X,Y)=Cov⁡(X,Y)Var⁡(X)Var⁡(Y),
Corr⁡(X+a,Y+b)=Cov⁡(X+a,Y+b)Var⁡(X+a)Var⁡(Y+b)=Cov⁡(X,Y)Var⁡(X)Var⁡(Y),


Essa era a versão populacional da história. A versão de exemplo é a mesma: Se usarmos como nossa estimativa de covariância entre e de uma amostra emparelhada , em seguida,

Cov^(X,Y)=1n∑i=1n(Xi−1n∑j=1nXj)(Yi−1n∑j=1nYj)
XY(X1,Y1),…,(Xn,Yn)
Cov^(X+a,Y+b)=1n∑i=1n(Xi+a−1n∑j=1n(Xj+a))(Yi+b−1n∑j=1n(Yj+b))=1n∑i=1n(Xi+a−1n∑j=1nXj−nna)(Yi+b−1n∑j=1nYj−nnb)=1n∑i=1n(Xi−1n∑j=1nXj)(Yi−1n∑j=1nYj)=Cov^(X,Y)
para qualquer e .ab


Obrigado pela resposta detalhada. Isso significa que, para a covariância da amostra, o tamanho da amostra também não tem impacto? isto é, reduzir o tamanho da amostra não reduz a covariância da amostra?
— lvdp 11/02/19

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@ lvdp Essa provavelmente deve ser uma pergunta separada.
— Acumulação

Um tamanho de amostra reduzido só pode vir com uma amostra diferente. Uma amostra diferente pode mostrar covariância diferente, portanto. Porém, como a covariância da amostra é definida como uma média, o tamanho da amostra é dimensionado em princípio.
— Nick Cox

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A definição da covariância de e é . A expressão em que a fórmula é a versão centrado de . Então, nós já centralizamos o quando assumimos a covariância, e a centralização é um operador idempotente; uma vez que uma variável é centralizada, a aplicação do processo de centralização mais vezes não a altera. Se a fórmula não adotasse as versões centralizadas das variáveis, haveria todos os tipos de efeitos estranhos, como a covariância entre temperatura e outra variável sendo diferente dependendo se medimos a temperatura em graus Celsius ou Kelvin.XYE[(X−E[X])(Y−E[Y])]X−E[X]XX


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"em algum lugar" tende a ser uma fonte pouco confiável ...

Covariância / correlação são definidas com centralização explícita . Se você não centralizar os dados, não estará computando covariância / correlação. (Precisamente: correlação de Pearson)

A principal diferença é se você centraliza com base em um modelo teórico (por exemplo, o valor esperado deve ser exatamente 0) ou com base nos dados (média aritmética). É fácil ver que a média aritmética produzirá covariância menor do que qualquer outro centro.

No entanto, covariância menor não implica menor correlação, ou o contrário. Suponha que temos os dados X = (1,2) e Y = (2,1). É fácil ver que, com a média aritmética centralizada, isso produzirá uma correlação perfeitamente negativa, enquanto que se soubermos que o processo de geração produz 0 em média, os dados são realmente correlacionados positivamente. Portanto, neste exemplo, estamos centralizando - mas com o valor teórico esperado de 0.

Isso pode surgir facilmente. Considere que temos uma matriz de sensores, 11x11, com as células numeradas de -5 a +5. Em vez de assumir a média aritmética, faz sentido usar a média "física" de nossa matriz de sensores aqui ao procurar a correlação de eventos do sensor (se enumerássemos as células de 0 a 10, usaríamos 5 como média fixa, e obteríamos exatamente os mesmos resultados, para que a escolha da indexação desapareça da análise - bom).


Obrigado @ Anony-Mousse, a covariância da amostra dependerá do tamanho da amostra? Ou seja, um tamanho de amostra menor produzirá covariância menor (antes da centralização).
— lvdp 11/02/19

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Depende da amostra obviamente. Em média - eu não sei. Eu esperaria que amostras menores tivessem mais variabilidade principalmente, então talvez mais frequentemente valores extremos. Mas isso é apenas uma intuição.
— Quit - Anony-Mousse 12/02/19
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