Soma das variáveis ​​aleatórias Binomial e Poisson


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Se tivermos duas variáveis ​​aleatórias independentes e , qual é a função de massa de probabilidade de ?X1Binom(n,p)X2Pois(λ)X1+X2

NB Isso não é lição de casa para mim.


Eu acho que você tentou enrolar? pt.wikipedia.org/wiki/… Onde você ficou preso? Presumo que não há forma fechada, caso contrário, a solução seria provavelmente aqui: en.wikipedia.org/wiki/...
Stephan Kolassa

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Sim, foi isso que tentei, mas talvez eu tenha encontrado uma resposta aqui: mathstatica.com/SumBinomialPoisson Função Kummer confluente hipergeométrica .. hugh !
27612 Matteo Fasiolo #

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Li a etiqueta da lição de casa de acordo com a sua utilização neste site . Felicidades. :-)
cardeal

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Novel significa novo (não conhecido ou publicado antes). Também não concordo que o uso de métodos conhecidos para solucionar novos problemas torne o dever de casa - o mesmo pode ser dito para a maioria dos artigos de periódicos que publicam resultados em distribuições.
wolfies

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Como em muitos outros casos nas estatísticas em que uma função hipergeométrica aparece com argumentos integrais, você pode entender que é uma notação abreviada da soma implícita (finita) da convolução, se desejar. A vantagem de uma expressão desse tipo é que existem inúmeras maneiras de manipulá-la em formas mais simples e muitas vezes ela pode ser avaliada sem realmente executar a soma.
whuber

Respostas:


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Você terminará com duas fórmulas diferentes para , uma para e outra para . A maneira mais fácil de resolver esse problema é calcular o produto de e . Então, é o coeficiente de no produto. Não é possível simplificar os montantes.0 k < n k n n i = 0 p X 1 ( i ) z k j = 0 p X 2 ( j ) z j p X 1 + X 2 ( k ) z kpX1+X2(k)0k<nkni=0npX1(i)zkj=0pX2(j)zjpX1+X2(k)zk


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Dando a fórmula fechada em termos de funções hipergeométricas generalizadas (GHF) sugeridas em outras respostas (a GHF nesse caso é realmente apenas um polinômio finito, também é uma abreviação para a soma finita). este resultado:

P(X1+X2=k)=x1=0min(n,k)(nx1)px1(1p)nx1eλλkx1(kx1)!=(1p)neλλkΓ(k+1)2F0(k,n; ;p(p1)λ)


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Dilip Sarwate afirmou há 7 anos que nenhuma simplificação é possível, embora isso tenha sido contestado nos comentários. No entanto, acho útil notar que, mesmo sem nenhuma simplificação, o cálculo é bastante direto em qualquer planilha ou linguagem de programação.

Aqui está uma implementação em R:

# example parameters
n <- 10
p <- .3
lambda <- 5

# probability for just a single value
x <- 10  # example value
sum(dbinom(0:x, n, p) * dpois(x:0, lambda))

# probability function for all values
x0  <- 0:30   # 0 to the maximum value of interest
x   <- outer(x0, x0, "+")
db  <- dbinom(x0, n, p)
dp  <- dpois(x0, lambda)
dbp <- outer(db, dp)
aggregate(as.vector(dbp), by=list(as.vector(x)), sum)[1:(max(x0)+1),]

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Dilip não mostrou que nenhuma simplificação das somas é possível: ele declarou tal afirmação (e a afirmação não parece correta). Se você seguir os links fornecidos pelo OP, será fornecida uma solução em termos de funções hipergeométricas confluentes de Kummer.
wolfies

@wolfies - Esse seria um ponto muito interessante em uma nova resposta para essa pergunta antiga. Provavelmente mais interessante que o meu.
Pere

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Uma abordagem potencialmente mais rápida para n grande no binômio e lambda grande envolveria transformações rápidas de Fourier (ou similares). Eu o usei com sucesso em vários problemas do mundo real, onde a convolução não é algebricamente conveniente, mas respostas numéricas são suficientes e onde várias variáveis ​​independentes foram adicionadas.
Glen_b -Reinstala Monica

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No comentário de Re @ Glen_b, para valores maiores de e essa convolução de força bruta se torna incômoda. Além disso, o desafio não é implementá-lo, mas encontrar pontos de extremidade adequados para calcular a matriz: fixar em 10 obviamente não será suficiente. Um método confiável é definir percentis extremos da distribuição, como , em seguida, calcular o intervalo e, em seguida, "cortar" os resultados (com ) antes de prosseguir com o produto externo. Quando for grande, aplique um procedimento semelhante às probabilidades binomiais. λnλdpoisxxx<-qpois(0:1+c(1,-1)*1e-6, lambda)dpoisxzapsmalln
whuber

De fato. Fiz algo semelhante com meu próprio aplicativo - sair suficientemente longe deu os quantis necessários com a precisão necessária.
Glen_b -Reinstala Monica
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