Estymatory nieobciążone o minimalnej wariancji

Podobne dokumenty
1.1 Statystyka matematyczna Literatura Model statystyczny Preliminaria... 3

Statystyka matematyczna. Wykład II. Estymacja punktowa

Estymacja. Dr Joanna Banaś Zakład Badań Systemowych Instytut Sztucznej Inteligencji i Metod Matematycznych. Wykład 7

Zadanie 2 Niech,,, będą niezależnymi zmiennymi losowymi o identycznym rozkładzie,.

Statystyka Matematyczna. Skrypt. Spis treści. SKN Matematyki Stosowanej. s k n. m s 11 czerwca Oznaczenia i definicje 4

X i. X = 1 n. i=1. wartość tej statystyki nazywana jest wartością średnią empiryczną i oznaczamy ją symbolem x, przy czym x = 1. (X i X) 2.

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 7 i 8 - Efektywność estymatorów, przedziały ufności

Statystyka Matematyczna. Skrypt. Spis treści. SKN Matematyki Stosowanej. s k n. m s 23 kwietnia Oznaczenia i definicje 3

Statystyka Matematyczna Anna Janicka

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 4 - zagadnienie estymacji, metody wyznaczania estymatorów

16 Przedziały ufności

Estymacja parametrów rozkładu cechy

Weryfikacja hipotez statystycznych

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 13 i 14 - Statystyka bayesowska

θx θ 1, dla 0 < x < 1, 0, poza tym,

Statystyka Matematyczna Anna Janicka

Wokół testu Studenta 1. Wprowadzenie Rozkłady prawdopodobieństwa występujące w testowaniu hipotez dotyczących rozkładów normalnych

... i statystyka testowa przyjmuje wartość..., zatem ODRZUCAMY /NIE MA POD- STAW DO ODRZUCENIA HIPOTEZY H 0 (właściwe podkreślić).

STATYSTYKA. Rafał Kucharski. Uniwersytet Ekonomiczny w Katowicach 2015/16 ROND, Finanse i Rachunkowość, rok 2

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

Lista 6. Estymacja punktowa

Podstawowe rozkłady zmiennych losowych typu dyskretnego

Twierdzenia graniczne:

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD października 2009

Statystyka i Opracowanie Danych. W7. Estymacja i estymatory. Dr Anna ADRIAN Paw B5, pok407

1.1 Wstęp Literatura... 1

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

ZAGADNIENIE ESTYMACJI. ESTYMACJA PUNKTOWA I PRZEDZIAŁOWA

są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną λ równą 10. Obliczyć v = var( X

Wykład 6 Estymatory efektywne. Własności asymptotyczne estym. estymatorów

PRZEDZIAŁY UFNOŚCI. Niech θ - nieznany parametr rozkładu cechy X. Niech α będzie liczbą z przedziału (0, 1).

Metoda najmniejszych kwadratów

Metoda momentów i kwantyli próbkowych. Wrocław, 7 listopada 2014

O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Trzeba pokazać, że dla każdego c 0 c Mc 0. ) = oraz det( ) det( ) det( ) jest macierzą idempotentną? Proszę odpowiedzieć w

1 Twierdzenia o granicznym przejściu pod znakiem całki

Estymacja przedziałowa

2.1 Przykład wstępny Określenie i konstrukcja Model dwupunktowy Model gaussowski... 7

Modele probabilistyczne zjawisk losowych

ZBIEŻNOŚĆ CIĄGU ZMIENNYCH LOSOWYCH. TWIERDZENIA GRANICZNE

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

0.1 ROZKŁADY WYBRANYCH STATYSTYK

P = 27, 8 27, 9 27 ). Przechodząc do granicy otrzymamy lim P(Y n > Y n+1 ) = P(Z 1 0 > Z 2 X 2 X 1 = 0)π 0 + P(Z 1 1 > Z 2 X 2 X 1 = 1)π 1 +

Prawdopodobieństwo i statystyka

STATYSTYKA

Definicja 1 Statystyką nazywamy (mierzalną) funkcję obserwowalnego wektora losowego

Statystyka matematyczna. Wykład III. Estymacja przedziałowa

1. Wnioskowanie statystyczne. Ponadto mianem statystyki określa się także funkcje zmiennych losowych o

Testowanie hipotez statystycznych.

Wykład 5 Estymatory nieobciążone z jednostajnie minimalną war

Funkcja generująca rozkład (p-two)

W zadaniu nie ma polecenia wyznaczania estymatora nieobciążonego o minimalnej wariancji. σ σ σ σ σ = =

Własności statystyczne regresji liniowej. Wykład 4

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD grudnia 2009

Agata Boratyńska. WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ (II rok WNE) Warszawa 2017

Estymatory nieobciążone

Statystyka Matematyczna Anna Janicka

METODY ESTYMACJI PUNKTOWEJ. nieznanym parametrem (lub wektorem parametrów). Przez X będziemy też oznaczać zmienną losową o rozkładzie

I. Ciągi liczbowe. , gdzie a n oznacza n-ty wyraz ciągu (a n ) n N. spełniający warunek. a n+1 a n = r, spełniający warunek a n+1 a n

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

Estymacja: Punktowa (ocena, błędy szacunku) Przedziałowa (przedział ufności)

Niech X i Y będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładach wykładniczych, przy czym Y EX = 4 i EY = 6. Rozważamy zmienną losową Z =.

1 Przedziały ufności. ). Obliczamy. gdzie S pochodzi z rozkładu B(n, 1 2. P(2 S n 2) = 1 P(S 2) P(S n 2) = 1 2( 2 n +n2 n +2 n ) = 1 (n 2 +n+2)2 n.

Planowanie doświadczeń - DPLD LMO Materiały pomocnicze

Idea. θ = θ 0, Hipoteza statystyczna Obszary krytyczne Błąd pierwszego i drugiego rodzaju p-wartość

Metoda największej wiarogodności

Matematyka z el. statystyki, # 6 /Geodezja i kartografia II/

Wzór Taylora. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 9 i 10 - Weryfikacja hipotez statystycznych

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 5. 2 listopada 2009

O ŚREDNIEJ ARYTMETYCZNEJ I MEDIANIE

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD stycznia 2010

Statystyka. Wykład 2. Krzysztof Topolski. Wrocław, 11 października 2012

Testowanie hipotez. Hipoteza prosta zawiera jeden element, np. H 0 : θ = 2, hipoteza złożona zawiera więcej niż jeden element, np. H 0 : θ > 4.

Statystyka i eksploracja danych

6 Metody konstruowania estymatorów

Rozkłady statystyk z próby Twierdzenia graniczne

1) Jakie są różnice pomiędzy analiza danych a wnioskowaniem statystycznym?

Hipotezy proste. (1 + a)x a, dla 0 < x < 1, 0, poza tym.

ma rozkład złożony Poissona z oczekiwaną liczbą szkód równą λ i rozkładem wartości pojedynczej szkody takim, że Pr( Y

Prawdopodobieństwo i statystyka

Hipotezy statystyczne

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

LABORATORIUM Populacja Generalna (PG) 2. Próba (P n ) 3. Kryterium 3σ 4. Błąd Średniej Arytmetycznej 5. Estymatory 6. Teoria Estymacji (cz.

Większość zadań zamieszczonych na tej liście pochodzi z książki Modele i metody statystyki matematycznej w zadaniach, autorstwa Alicji Jokiel-Rokity

Hipotezy statystyczne

Statystyka w przykładach

Wykład 7. Przestrzenie metryczne zwarte. x jest ciągiem Cauchy ego i posiada podciąg zbieżny. Na mocy

Przykład zastosowania optymalnej alokacji w estymacji frakcji

Liczebnośd (w tys.) n

Szeregi liczbowe. Szeregi potęgowe i trygonometryczne.

Uogolnione modele liniowe

Ćwiczenie 2 ESTYMACJA STATYSTYCZNA

ZSTA LMO Zadania na ćwiczenia

będą niezależnymi zmiennymi losowymi z rozkładu jednostajnego na przedziale ( 0,

Charakterystyki liczbowe zmiennych losowych: wartość oczekiwana i wariancja

Statystyka matematyczna. Wykład IV. Weryfikacja hipotez statystycznych

Temat: BADANIE ZGODNOŚCI ROZKŁADU CECHY (EMPIRYCZNEGO) Z ROZKŁADEM TEORETYCZNYM TEST CHI-KWADRAT. Anna Rajfura 1

Na podstawie dokonanych obserwacji:

Transkrypt:

Estymatory ieobciążoe o miimalej wariacji Model statystyczy (X, {P θ, θ Θ}); g : Θ R 1 Zadaie: oszacować iezaą wartość g(θ) Wybrać takie δ(x 1, X 2,, X ) by ( θ Θ) ieobciążoość E θ δ(x 1, X 2,, X ) = g(θ) miimala wariacja D 2 θ(δ) = E θ (δ(x 1, X 2,, X ) g(θ)) 2 = mi Twierdzeie 61 (Rao Blackwella) Jeżeli ĝ jest estymatorem ieobciążoym i jeżeli T jest statystyką dostateczą zupełą, to E θ (ĝ T ) jest rówież estymatorem ieobciążoym o jedostajie ie większej wariacji iż wariacja estymatora ĝ Twierdzeie 62 Jeżeli T jest statystyką dostateczą zupełą i jeżeli dla daej fukcji g istieje fukcja ĝ taka, że ( θ Θ) E θ ĝ(t ) = g(θ), to ĝ(t ) jest ENMW [g(θ)] W Z Statmat 61

Przykład (Model dwumiaowy) Model pojedyczej obserwacji X: ({0, 1}, {D(θ), θ [0, 1]}) Rodzia {D(θ), θ [0, 1]} jest rodzią wykładiczą: p θ (x) = exp { x log θ 1 θ Statystyka dostatecza: T (x) = x Model dla próby X 1, X 2,, X : } + log(1 θ), x = 0, 1 ({0, 1}, {D(θ), θ [0, 1]}) Statystyka dostatecza: T = X i Model dla statystyki T ({0, 1,, }, {B (, θ), θ [0, 1]}) W Z Statmat 62

Estymacja parametru θ Fukcja g: g(θ) = θ ENMW [θ] = T Estymacja wariacji θ(1 θ) Fukcja g: g(θ) = θ(1 θ) Wyzaczyć ĝ taką, że θ Θ E p ĝ(t ) = ( ) ĝ(t) θ t (1 θ) t = θ(1 θ) t t=0 (Wskazówka: v = θ/(1 θ)) ENMW [θ(1 θ)] ==?= T ( T ) ( 1) W Z Statmat 63

Przykład (Model Poissoa) Model pojedyczej obserwacji X: ({0, 1, 2, }, {P o(θ), θ R + }) Rodzia {P o(θ), θ R + } jest rodzią wykładiczą: p θ (x) = exp { x log θ θ} x!, x = 0, 1, 2, Statystyka dostatecza: T (x) = x Model dla próby X 1, X 2,, X : ({0, 1, 2 }, {P o(θ), θ R + }) Statystyka dostatecza: T = X i Model dla statystyki T ({0, 1, 2, }, {P o (θ), θ R + }) W Z Statmat 64

Estymacja parametru θ Fukcja g: g(θ) = θ ENMW [θ] = T Estymacja λ = e θ = P θ {X = 0} Niech Y j = { 1, jeżeli Xj = 0, 0, jeżeli X j > 0 oraz λ = 1 j=1 Y j Estymator λ jest ieobciążoy, gdyż E θ Y j = 1 P θ {X = 0} + 0 P θ {X > 0} Poieważ T jest dostatecza i zupeła, więc ˆλ = E θ (λ T ) jest ENMW [λ] E θ (λ T = t) = E θ 1 Y j T = t j=1 = E θ (Y 1 T = t) = P θ {X 1 = 0 T = t} = P θ {X 1 = 0, X 2 = x 2,, X = x T = t} x 2 + +x=t = W Z Statmat 65

P θ {X 1 = x 1, X 2 = x 2,, X = x T = t} = P θ{x 1 = x 1, X 2 = x 2,, X = x, T = t} P θ {T = t} = { 0, jeżeli xi t jeżeli x i = t θ x 1 + x e θ x 1!x! t! (θ) t e θ, = Poieważ { 0, jeżeli xi t jeżeli x i = t t! t x 1!x!, (α 1 + + α ) t = x 1 + +x =t t! x 1! x! αx 1 1 αx więc Zatem = x 1 + +x =t x 2 + +x =t t! x 1! x! = t t! t x 2! x! = ( 1)t t Czyli ˆλ = ( 1 1 ) T W Z Statmat 66

Porówaie wariacji estymatorów λ oraz ˆλ D 2 θλ = λ(1 λ) = e θ (1 e θ ) E θˆλ2 = = t=0 [ ( 1 1 ) ] t 2 (θ) t t! ] t θ t=0 [ ( 1) 2 = e (2+ 1 )θ t! t=0 e θ [ ( 1) 2 t! ] t θ e θ e ( 1)2 θ = e (2+ 1 )θ D 2 θ ˆλ = e (2 1 )θ e 2θ = λ ( 2 1 ) λ 2 D 2 λ λ D 2 λˆλ λ W Z Statmat 67

Niech ε > 0 P λ { λ λ < ε} =? P λ { ˆλ λ < ε} =? P λ { λ λ < ε} = P λ {(λ ε) < } Y i < (λ + ε) Y i B (, λ = e θ) P λ { ˆλ λ < ε} = P λ { log(λ + ε) log(1 1 ) < X i < } log(λ ε) log(1 1 ) X i P o (θ = log λ) W Z Statmat 68

λ P λ { ˆλ λ < ε} P λ { λ λ < ε} ε = 005; = 50 01 09793 07661 02 08358 06235 03 07275 05593 04 06256 05291 05 06052 05201 06 05719 05291 07 05912 05593 08 06240 06235 09 08092 07661 ε = 001; = 50 01 03590 01850 02 02197 01398 03 02036 01223 04 01176 01146 05 01350 01123 06 01567 01146 07 01879 01223 08 01192 01398 09 01743 01849 W Z Statmat 69

Przykład (Model gaussowski) Model pojedyczej obserwacji X: ( R, { N ( µ, σ 2 ), θ = (µ, σ 2 ) R R + }) Rodzia { N ( µ, σ 2), θ = (µ, σ 2 ) R R + } jest wykładicza f µ,σ (x) = { exp 1 2σ 2 x2 + µ σ 2 x ( µ 2 ( 2σ 2 + log σ ) )} 2π Statystyka dostatecza: (T 1 (x), T 2 (x)) = (x, x 2 ) Model dla próby X 1, X 2,, X : ( R, { N ( µ, σ 2 ), θ = (µ, σ 2 ) R R + }) = ( R, { N ( µ1, σ 2 I ), θ = (µ, σ 2 ) R R + }) Statystyka dostatecza: (T 1, T 2 ) = ( X i, X 2 i ) Niech X = 1 X i, S 2 = (X i µ) 2, µ zae, (X i X) 2, µ ie zae W Z Statmat 610

Zmiea losowa S 2 /σ 2 ma rozkład chi kwadrat z ν stopiami swobody: ν = E µ,σ S α = {, µ zae, 1, µ ie zae gdzie K ν,α = Γ ( ) ( ν α 2 / 2 σ α, ν + α > 0, K ν,α, ν + α 0, )) 2 Γ ( ν+α 2 Jeżeli µ oraz σ ie są zae, to ENMW [µ] ==?= X ENMW [σ 2 ] ==?= 1 1 S2 ENMW [σ] ==?= Γ ( ) 1 2 ( 2Γ )S 2 ENMW [ µ σ ] ==?= ( 2Γ 1 ) 2 Γ ( 2 1) X S W Z Statmat 611

Defiicja 61 Ilością iformacji o θ zawartą w X azywamy wielkość I θ = E θ [{ log p θ (X)/ θ} 2 ] Twierdzeie 63 (Nierówość Cramera Rao) Niech {P θ : θ Θ} będzie rodzią rozkładów, iech θ będzie parametrem liczbowym i iech Θ będzie przedziałem a prostej Zakładamy, że dla każdego θ rozkład P θ ma gęstość p θ Jeżeli spełioe są pewe waruki regularości, to ierówość D 2 θθ I 1 θ spełioa jest dla każdego estymatora ieobciążoego θ parametru θ Defiicja 62 Liczbę eff(θ ) = I 1 θ Dθ 2θ azywamy efektywością estymatora θ Lemat Jeżeli spełioe są waruki regularości, to [ ] I θ = E θ 2 θ 2 log p θ(x) W Z Statmat 612

Przykład (Model gaussowski) Model dla próby X 1, X 2,, X : ( R, { N ( µ1, σ 2 I ), µ R }) Obliczamy I µ ( ) { 1 p µ (x) = σ exp 1 2π 2σ 2 log p µ (x) = log Zatem ( σ ) 2π µ log p µ(x) = 1 σ 2 } (X i µ) 2 1 2σ 2 (X i µ) 2 (X i µ) 2 µ 2 log p µ(x) = σ 2 I µ = σ 2 Poieważ D 2 X = σ 2 /, więc eff( X) = 1 W Z Statmat 613

Przykład Model pojedyczej obserwacji X: ({1, 2, }, {P θ : θ > 0}) P θ {X = x} = θ x e θ x!(1 e θ ) Zadaie: oszacować e θ a podstawie jedej obserwacji T (X) jest ENMW [e θ ], jeżeli θ x e θ T (x) x!(1 e θ ) = e θ x=1 Rozwiązaie: T (x) = ( 1) x+1 W Z Statmat 614

Przykład Model pojedyczej obserwacji X: (Z, {P θ : θ Z}) P θ {X = θ 1} = P θ {X = θ} = P θ {X = θ + 1} = 1 3 Estymator ieobciążoy: ˆθ(X) = X Wariacja: D 2 ˆθ ==?= 2/3 Niech a 0 + a 1 + a 2 = 0 oraz δ(x) = Niech θ (X) = X + δ(x) E θ θ = θ ( θ Θ) a 0, mod(x; 3) = 0 a 1, mod(x; 3) = 1 a 2, mod(x; 3) = 2 Dθθ 2 ==?= ((a 2 1) 2 + a 2 0 + (a 1 + 1) 2 )/3, mod(θ; 3) = 0 ((a 0 1) 2 + a 2 1 + (a 2 + 1) 2 )/3, mod(θ; 3) = 1 ((a 1 1) 2 + a 2 2 + (a 0 + 1) 2 )/3, mod(θ; 3) = 2 W Z Statmat 615

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 : D 2 θ ˆθ : D 2 θ θ (a 0 = 05, a 1 = 05, a 2 = 1) Wiosek: ie istieje ENMW [θ] W Z Statmat 616