توزيع بيتا للمتغيرات المصفوفية

في الإحصاء ، يُعد توزيع بيتا ذو المتغير المصفوفي تعميمًا لتوزيع بيتا . ويُطلق عليه أيضًا اسم مجموعة MANOVA ومجموعة جاكوبي .

لويو{\displaystyle U}هوص×ص{\displaystyle p\times p}مصفوفة موجبة محددة ذات توزيع بيتا لمتغيرات المصفوفة، و أ،ب>(ص-1)/2{\displaystyle a,b>(p-1)/2}هي معلمات حقيقية، نكتبيوبص(أ،ب){\displaystyle U\sim B_{p}\left(a,b\right)}(أحيانابصأنا(أ،ب){\displaystyle B_{p}^{I}\left(a,b\right)}دالة كثافة الاحتمال لـيو{\displaystyle U}يكون:{βص(أ،ب)}-1المحقق(يو)أ-(ص+1)/2المحقق(أناص-يو)ب-(ص+1)/2.{\displaystyle \left\{\beta _{p}\left(a,b\right)\right\}^{-1}\det \left(U\right)^{a-(p+1)/2}\det \left(I_{p}-U\right)^{b-(p+1)/2}.}

هناβص(أ،ب){\displaystyle \beta _{p}\left(a,b\right)}دالة بيتا متعددة المتغيرات :

βص(أ،ب)=Γص(أ)Γص(ب)Γص(أ+ب){\displaystyle \beta _{p}\left(a,b\right)={\frac {\Gamma _{p}\left(a\right)\Gamma _{p}\left(b\right)}{\Gamma _{p}\left(a+b\right)}}}

أينΓص(أ){\displaystyle \Gamma _{p}\left(a\right)}دالة غاما متعددة المتغيرات معطاة بواسطة

Γص(أ)=πص(ص-1)/4أنا=1صΓ(أ-(أنا-1)/2).{\displaystyle \Gamma _{p}\left(a\right)=\pi ^{p(p-1)/4}\prod _{i=1}^{p}\Gamma \left(a-(i-1)/2\right).}

النظريات

توزيع معكوس المصفوفة

لويوبص(أ،ب){\displaystyle U\sim B_{p}(a,b)}ثم كثافةX=يو-1{\displaystyle X=U^{-1}}يُعطى بواسطة

1βص(أ،ب)المحقق(X)-(أ+ب)المحقق(X-أناص)ب-(ص+1)/2{\displaystyle {\frac {1}{\beta _{p}\left(a,b\right)}}\det(X)^{-(a+b)}\det \left(X-I_{p}\right)^{b-(p+1)/2}}

بشرط أنX>أناص{\displaystyle X>I_{p}}وأ،ب>(ص-1)/2{\displaystyle a,b>(p-1)/2}.

التحويل المتعامد

لويوبص(أ،ب){\displaystyle U\sim B_{p}(a,b)}وح{\displaystyle H}ثابتص×ص{\displaystyle p\times p}المصفوفة المتعامدة ، ثمحيوحتيب(أ،ب).{\displaystyle HUH^{T}\sim B(a,b).}

أيضًا، إذاح{\displaystyle H}هو متعامد عشوائيص×ص{\displaystyle p\times p}المصفوفة المستقلة عنيو{\displaystyle U}، ثمحيوحتيبص(أ،ب){\displaystyle HUH^{T}\sim B_{p}(a,b)}، موزعة بشكل مستقل عنح{\displaystyle H}.

لوأ{\displaystyle A}أي ثابتq×ص{\displaystyle q\times p}،qص{\displaystyle q\leq p}مصفوفة الرتبq{\displaystyle q}، ثمأيوأتي{\displaystyle AUA^{T}}له توزيع بيتا للمتغيرات المصفوفية المعممة ، على وجه التحديدأيوأتيجيبq(أ،ب؛أأتي،0){\displaystyle AUA^{T}\sim GB_{q}\left(a,b;AA^{T},0\right)}.

نتائج المصفوفة المقسمة

لويوبص(أ،ب){\displaystyle U\sim B_{p}\left(a,b\right)}ونقسميو{\displaystyle U}مثل

يو=[يو11يو12يو21يو22]{\displaystyle U={\begin{bmatrix}U_{11}&U_{12}\\U_{21}&U_{22}\end{bmatrix}}}

أينيو11{\displaystyle U_{11}}يكونص1×ص1{\displaystyle p_{1}\times p_{1}}ويو22{\displaystyle U_{22}}يكونص2×ص2{\displaystyle p_{2}\times p_{2}}ثم تعريف مكمل شوريو221{\displaystyle U_{22\cdot 1}}مثليو22-يو21يو11-1يو12{\displaystyle U_{22}-U_{21}{U_{11}}^{-1}U_{12}}يعطي النتائج التالية:

  • يو11{\displaystyle U_{11}}مستقل عنيو221{\displaystyle U_{22\cdot 1}}
  • يو11بص1(أ،ب){\displaystyle U_{11}\sim B_{p_{1}}\left(a,b\right)}
  • يو221بص2(أ-ص1/2،ب){\displaystyle U_{22\cdot 1}\sim B_{p_{2}}\left(a-p_{1}/2,b\right)}
  • يو21|يو11،يو221{\displaystyle U_{21}\mid U_{11},U_{22\cdot 1}}له توزيع t للمتغيرات المصفوفية المعكوسة ، على وجه التحديديو21|يو11،يو221أناتيص2،ص1(2ب-ص+1،0،أناص2-يو221،يو11(أناص1-يو11)).{\displaystyle U_{21}\mid U_{11},U_{22\cdot 1}\sim IT_{p_{2},p_{1}}\left(2b-p+1,0,I_{p_{2}}-U_{22\cdot 1},U_{11}(I_{p_{1}}-U_{11})\right).}

نتائج ويشارت

يُثبت ميترا النظرية التالية التي توضح خاصية مفيدة لتوزيع بيتا للمتغيرات المصفوفية. لنفترضS1،S2{\displaystyle S_{1},S_{2}}ويشارت مستقلةص×ص{\displaystyle p\times p}المصفوفاتS1دبليوص(ن1،Σ)،S2دبليوص(ن2،Σ){\displaystyle S_{1}\sim W_{p}(n_{1},\Sigma ),S_{2}\sim W_{p}(n_{2},\Sigma )}افترض أنΣ{\displaystyle \Sigma }موجبة محددة و ذلكن1+ن2ص{\displaystyle n_{1}+n_{2}\geq p}. لو

يو=S-1/2S1(S-1/2)تي،{\displaystyle U=S^{-1/2}S_{1}\left(S^{-1/2}\right)^{T},}

أينS=S1+S2{\displaystyle S=S_{1}+S_{2}}، ثميو{\displaystyle U}له توزيع بيتا للمتغيرات المصفوفيةبص(ن1/2،ن2/2){\displaystyle B_{p}(n_{1}/2,n_{2}/2)}. بخاصة،يو{\displaystyle U}مستقل عنΣ{\displaystyle \Sigma }.

الكثافة الطيفية

يتم التعبير عن الكثافة الطيفية بواسطة متعددة حدود جاكوبي . [ 1 ]

توزيع القيم المتطرفة

يتم تقريب توزيع أكبر قيمة ذاتية بشكل جيد عن طريق تحويل توزيع تريسي-ويدوم . [ 2 ]

انظر أيضاً

مراجع

  • بوترز، مارك؛ بوشو، جان فيليب (30 نوفمبر 2020). "7. مجموعة جاكوبي". مدخل إلى نظرية المصفوفات العشوائية: للفيزيائيين والمهندسين وعلماء البيانات . مطبعة جامعة كامبريدج. doi : 10.1017/9781108768900 . ISBN 978-1-108-76890-0.
  • فورستر، بيتر (2010). "3. مجموعات لاغير وجاكوبي". الغازات اللوغاريتمية والمصفوفات العشوائية . سلسلة منشورات الجمعية الرياضية بلندن. برينستون: مطبعة جامعة برينستون. ISBN 978-0-691-12829-0.
  • أندرسون، جي دبليو؛ غيونيه، أ؛ زيتوني، أ. (2010). "4. بعض العموميات". مقدمة في المصفوفات العشوائية . كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-19452-5.
  • ميهتا، إم إل (2004). "19. مجموعات المصفوفات ومتعددات الحدود المتعامدة الكلاسيكية". المصفوفات العشوائية . أمستردام: إلسيفير/أكاديميك برس. ISBN 0-12-088409-7.
  • غوبتا، أ.ك.؛ ناجار، د.ك. (1999). توزيعات متغيرات المصفوفة . تشابمان وهول. ISBN 1-58488-046-5.
  • خاتري، سي جي (1992). "توزيع بيتا المصفوفي مع تطبيقات على النماذج الخطية، والاختبار، والالتواء، والتفرطح". في فينوجوبال، ن. (محرر). مساهمات في الإحصاء . جون وايلي وأولاده. ص 26-34 . ISBN  0-470-22050-3.
  • ميترا، إس كيه (1970). "نهج غير قائم على الكثافة لتوزيع بيتا للمتغيرات المصفوفية". المجلة الهندية للإحصاء . السلسلة أ (1961-2002). 32 (1): 81-88 . JSTOR 25049638 .