توزيع t متعدد المتغيرات
في الإحصاء ، يُعدّ توزيع t متعدد المتغيرات (أو توزيع Student متعدد المتغيرات ) توزيعًا احتماليًا متعدد المتغيرات . وهو تعميم لتوزيع Student t ، الذي يُستخدم مع المتغيرات العشوائية أحادية المتغير، ليشمل المتجهات العشوائية. وبينما يمكن معالجة حالة المصفوفة العشوائية ضمن هذا الإطار، فإن توزيع t للمصفوفات يختلف عنها ، ويستفيد بشكل خاص من بنية المصفوفة.
تعريف
إحدى الطرق الشائعة لإنشاء توزيع t متعدد المتغيرات ، في حالةالأبعاد، تستند إلى الملاحظة التي مفادها أنه إذاومستقلة وموزعة على النحو التالي:و(أي التوزيعات الطبيعية متعددة المتغيرات وتوزيعات كاي تربيع ) على التوالي، المصفوفةهي مصفوفة من الرتبة p × p ، و إذا كان متجهًا ثابتًا، فإن المتغير العشوائيلها الكثافة [ 1 ]
ويُقال إنها موزعة كتوزيع t متعدد المتغيرات بمعاملات. لاحظ أنليست مصفوفة التغاير لأن التغاير يُعطى بواسطة(ل).
يُعد التعريف البنّاء لتوزيع t متعدد المتغيرات بمثابة خوارزمية لأخذ العينات في الوقت نفسه:
- يولدو، بشكل مستقل.
- الحوسبة.
تؤدي هذه الصياغة إلى التمثيل الهرمي لتوزيع t متعدد المتغيرات كمزيج مقياس من التوزيعات الطبيعية:أينيشير إلى توزيع غاما بكثافة تتناسب مع، ويتبع شرطيًا.
في الحالة الخاصة، التوزيع هو توزيع كوشي متعدد المتغيرات .
الاشتقاق
في الواقع، هناك العديد من المرشحين للتعميم متعدد المتغيرات لتوزيع t للطالب . وقد قدم كوتز وناداراجا (2004) دراسة شاملة لهذا المجال. وتتمثل المسألة الأساسية في تعريف دالة كثافة احتمالية لعدة متغيرات، وهي التعميم المناسب للصيغة المستخدمة في حالة المتغير الواحد. في بُعد واحد ()، معولدينا دالة كثافة الاحتمال وإحدى الطرق هي استخدام دالة مقابلة لعدة متغيرات. هذه هي الفكرة الأساسية لنظرية التوزيع الإهليلجي ، حيث يتم كتابة دالة مقابلة لـالمتغيراتذلك يحل محلبواسطة دالة تربيعية لجميعمن الواضح أن هذا لا يكون منطقياً إلا عندما يكون لجميع التوزيعات الهامشية نفس درجات الحرية. مع، يكون لدى المرء خيار بسيط لدالة الكثافة متعددة المتغيرات
وهو المعيار، ولكنه ليس الخيار الوحيد.
يُعد التوزيع t ثنائي المتغيرات القياسي حالة خاصة مهمة، p = 2:
لاحظ أن.
الآن، إذاهي مصفوفة الوحدة، والكثافة هي
تتجلى صعوبة التمثيل القياسي في هذه الصيغة، التي لا يمكن تحليلها إلى حاصل ضرب التوزيعات الهامشية أحادية البعد. عندماإذا كان قطريًا، فيمكن إثبات أن التمثيل القياسي له ارتباط صفري، لكن التوزيعات الهامشية ليست مستقلة إحصائيًا .
من أبرز مظاهر التوزيع الإهليلجي متعدد المتغيرات ظهوره الرياضي الرسمي عند تطبيق طرق المربعات الصغرى على البيانات الطبيعية متعددة المتغيرات، مثل حل ماركويتز الكلاسيكي ذي التباين الأدنى في الاقتصاد القياسي لمحفظات الأصول. [ 2 ]
دالة التوزيع التراكمي
يمكن توسيع تعريف دالة التوزيع التراكمي (cdf) في بُعد واحد ليشمل أبعادًا متعددة من خلال تعريف الاحتمال التالي (هنا)(متجه حقيقي):
لا توجد صيغة بسيطة لـلكن يمكن تقريبها عدديًا عبر تكامل مونت كارلو . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
التوزيع المشروط
طُوِّر هذا بواسطة مويرهيد [ 6 ] وكورنيش [ 7 ]، ولكن تم اشتقاقه لاحقًا باستخدام تمثيل نسبة مربع كاي الأبسط المذكور أعلاه، بواسطة روث [ 1 ] ودينغ [ 8 ] . ليكن المتجهتتبع توزيع t متعدد المتغيرات وتنقسم إلى متجهين فرعيين منعناصر:
أين، متجهات المتوسط المعروفة هيومصفوفة المقياس هي.
توصل روث ودينغ إلى التوزيع الشرطيأن يكون توزيعًا جديدًا من نوع t مع معلمات معدلة.
أما التعبير المكافئ في Kotz et. al. فهو أقل إيجازًا إلى حد ما.
وبالتالي، يمكن تمثيل التوزيع الشرطي بسهولة أكبر كإجراء من خطوتين. أولاً، قم بتكوين التوزيع الوسيط.وبناءً على ما سبق، وباستخدام المعاملات المذكورة أدناه، يصبح التوزيع الشرطي الصريح كما يلي
أين درجات الحرية الفعالة،ويزداد هذا العدد بمقدار عدد المتغيرات غير المستخدمة. هو المتوسط الشرطي لـمكمل شور لـ. هي المسافة التربيعية لمهالانوبيس لـمنمع مصفوفة المقياسهي مصفوفة المقياس الشرطي لـوهي مصفوفة التغاير الشرطي لـ.
الاقترانات القائمة على اختبار t متعدد المتغيرات
يحظى استخدام هذه التوزيعات باهتمام متجدد بسبب تطبيقاتها في التمويل الرياضي ، وخاصة من خلال استخدام اقتران توزيع الطالب t . [ 9 ]
التمثيل الإهليلجي
تم بناؤها كتوزيع بيضاوي الشكل ، [ 10 ] خذ أبسط حالة مركزية ذات تناظر كروي وبدون قياس،عندئذٍ، تأخذ دالة كثافة الاحتمال t متعددة المتغيرات الشكل التالي:
أينهو-متجه وهي درجات الحرية كما هو مُعرَّف في مويرهيد [ 6 ] القسم 1.5. تباينيكون
الهدف هو تحويل دالة كثافة الاحتمال الديكارتية إلى دالة كثافة احتمال شعاعية. وقد عرّف كبرياء وجواردر [ 11 ] المقياس الشعاعي.وبملاحظة أن الكثافة تعتمد فقط على r² ، نحصل على
وهو ما يعادل تباينمتجه ذو عناصريتم التعامل معها كمتتالية عشوائية أحادية المتغير ذات ذيل ثقيل ومتوسط صفري مع عناصر غير مترابطة، ولكنها تعتمد إحصائياً.
التوزيع الشعاعي
يتبع تصميم فيشر-سنديكور أوتوزيع:
له قيمة متوسطة. تنشأ التوزيعات بشكل طبيعي في اختبارات مجموع مربعات البيانات المأخوذة بعد التطبيع بواسطة الانحراف المعياري للعينة.
عن طريق تغيير المتغير العشوائي إلىفي المعادلة أعلاه، مع الاحتفاظ بـ-متجهلديناوتوزيع الاحتمالات
وهو توزيع بيتا برايم منتظمله قيمة متوسطة.
التوزيع الشعاعي التراكمي
بالنظر إلى توزيع بيتا-برايم، فإن دالة التوزيع التراكمي الشعاعي لـمن المعروف:
أينهي دالة بيتا غير مكتملة وتُطبق مع كرويةافتراض.
في حالة الكمية العددية،، يكون التوزيع مكافئًا لتوزيع Student- t مع التكافؤ، المتغير t له ذيول مزدوجة الجانب لأغراض دالة التوزيع التراكمي، أي "اختبار t ذو الذيلين".
يمكن أيضًا اشتقاق التوزيع القطري من خلال تحويل إحداثيات مباشر من الإحداثيات الديكارتية إلى الإحداثيات الكروية. سطح ذو نصف قطر ثابت عندمع ملف PDFهو سطح متساوي الكثافة. وبالنظر إلى قيمة الكثافة هذه، فإن كمية الاحتمال على غلاف من مساحة السطحوالسماكةفييكون.
المرفقكرة نصف قطرهالها مساحة سطحية. الاستبدال فييُظهر ذلك أن للقشرة عنصر احتمالوهو ما يعادل دالة الكثافة الشعاعية مما يبسط الأمر أكثر إلىأينهي دالة بيتا .
تغيير المتغير الشعاعي إلىيعيد توزيع بيتا برايم السابق
لضبط مقياس المتغيرات الشعاعية دون تغيير دالة الشكل الشعاعي، قم بتعريف مصفوفة المقياسمما ينتج عنه دالة كثافة ديكارتية ذات 3 معلمات، أي الاحتماليةعنصر الحجميكون
أو، من حيث المتغير الشعاعي القياسي،
العزوم الشعاعية
يمكن اشتقاق عزوم جميع المتغيرات القطرية، بافتراض التوزيع الكروي، من توزيع بيتا برايم. إذاثم، وهي نتيجة معروفة. وبالتالي، بالنسبة للمتغيرلدينا لحظاتنكون أثناء تقديم مصفوفة المقياسالعائد اللحظات المتعلقة بالمتغير الشعاعييتم العثور عليها عن طريق التعيينووعليه
التركيبات الخطية والتحويلات الأفينية
التحول الكامل للرتبة
يرتبط هذا ارتباطًا وثيقًا بطريقة التوزيع الطبيعي متعدد المتغيرات، وقد وُصف في أعمال كوتز وناداراجا، وكيبريا وجواردر، وروث، وكورنيش. انطلاقًا من نسخة مبسطة نوعًا ما من دالة كثافة الاحتمال المركزية للتوزيع الطبيعي متعدد المتغيرات:، أينثابت وهي قيمة اعتباطية ولكنها ثابتة، فلندعلتكن مصفوفة كاملة الرتبة ومتجهًا شكليًاثم، من خلال تغيير بسيط للمتغيرات
مصفوفة المشتقات الجزئية هيويصبح المصفوفة اليعقوبية. هكذا
يختزل المقام إلى بالكامل:
وهو توزيع MV- t منتظم .
بشكل عام إذاويتمتع برتبة كاملةثم
التوزيعات الهامشية
هذه حالة خاصة من التحويل الخطي المُخفِّض للرتبة الموضح أدناه. يُعرّف كوتز التوزيعات الهامشية على النحو التالي. التقسيمإلى متجهين فرعيين منعناصر:
مع، وسائلمصفوفة المقياس
ثم،بحيث
إذا تم إنشاء تحويل على النحو التالي
ثم المتجه، كما هو موضح أدناه، له نفس التوزيع مثل التوزيع الهامشي لـ.
التحويل الخطي لتقليل الرتبة
في حالة التحويل الخطي، إذاهي مصفوفة مستطيلة، من رتبةوالنتيجة هي تقليل الأبعاد. هنا، جاكوبيانيبدو مستطيلاً ظاهرياً، لكن قيمتهمع ذلك، فإن دالة كثافة الاحتمال في المقام صحيحة. يوجد نقاش حول محددات ضرب المصفوفات المستطيلة في كتاب أيتكن. [ 12 ] بشكل عام، إذاويتمتع برتبة كاملةثم
في الحالات القصوى ، إذا كانت m = 1 وإذا أصبح متجه صف، فإن المتغير القياسي Y يتبع توزيع Student-t أحادي المتغير ذو الجانبين المحدد بواسطةبنفسدرجات الحرية. يستخدم كبرياء وآخرون التحويل الخطي لإيجاد التوزيعات الهامشية التي هي أيضًا MV- t .
- أثناء التحويلات الأفينية للمتغيرات ذات التوزيعات الإهليلجية، يجب أن تشتق جميع المتجهات في النهاية من متجه كروي متجانس أولي واحدالتي تظل عناصرها "متشابكة" وليست مستقلة إحصائياً.
- إن متجه عينات الطالب المستقلة لا يتوافق مع توزيع t متعدد المتغيرات .
- إضافة متجهين من متجهات t متعددة المتغيرات تم توليدهما باستخدام عينات مربع كاي مستقلة ومختلفةقيم:لن ينتج عنها توزيعات متسقة داخليًا، على الرغم من أنها ستؤدي إلى مشكلة بيرنز-فيشر . [ 13 ]
- يقارن طالب بين العديد من الأمثلة لتوزيعات متعددة المتغيرات ذات ذيل سميك بيضاوية الشكل مقابل توزيعات متعددة المتغيرات غير بيضاوية الشكل.
مفاهيم ذات صلة
- في الإحصاءات أحادية المتغير، يستخدم اختبار t للطالب توزيع t للطالب
- ينشأ توزيع t متعدد المتغيرات الإهليلجي تلقائيًا في حلول المربعات الصغرى المقيدة خطيًا والتي تتضمن بيانات مصدرية طبيعية متعددة المتغيرات، على سبيل المثال حل ماركويتز للحد الأدنى العالمي للتباين في تحليل المحافظ المالية. [ 14 ] [ 15 ] [ 2 ] والذي يتناول مجموعة من المتجهات العشوائية الطبيعية أو مصفوفة عشوائية. ولا ينشأ هذا التوزيع في المربعات الصغرى العادية (OLS) أو الانحدار المتعدد مع متغيرات تابعة ومستقلة ثابتة، حيث تميل هذه المسألة إلى إنتاج احتمالات خطأ طبيعية منتظمة.
- يُعد توزيع هوتلينغ T -squared توزيعًا ينشأ في الإحصاءات متعددة المتغيرات.
- توزيع المصفوفة t هو توزيع للمتغيرات العشوائية المرتبة في بنية مصفوفة.
انظر أيضاً
- التوزيع الطبيعي متعدد المتغيرات ، وهو الحالة الحدية لتوزيع t للطالب متعدد المتغيرات عندما.
- توزيع كاي ، ودالة كثافة الاحتمال لعامل القياس في بناء توزيع t للطالب وأيضًا المعيار 2 (أو المعيار الإقليدي ) لمتجه متعدد المتغيرات موزع بشكل طبيعي (متمركز عند الصفر).
- توزيع رايلي § توزيع t للطالب ، طول المتجه العشوائي لتوزيع t متعدد المتغيرات
- مسافة ماهالانوبيس
مراجع
- 1 2 روث، مايكل (17 أبريل 2013). "حول توزيع t متعدد المتغيرات" (ملف PDF) . مجموعة التحكم الآلي. جامعة لينشوبين، السويد . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 31 يوليو 2022. تم الاطلاع عليه في 1 يونيو 2022 .
- 1 2 بودنار، ت؛ أوخرين، ي (2008). "خصائص توزيع ويشارت المجزأ المفرد والمعكوس والمعكوس المعمم" (ملف PDF) . مجلة التحليل متعدد المتغيرات . 99 (المعادلة 20): 2389-2405 . doi : 10.1016/j.jmva.2008.02.024 .
- ^ بوتيف، ز. تشن، Y.-L. (2022). "الفصل الرابع: حسابات الطلاب متعددة المتغيرات المقتطعة عبر الإمالة الأسية." . وفي بوتيف، زدرافكو؛ كيلر، الكسندر. ليميو، كريستيان؛ توفين، برونو (محرران). التقدم في النمذجة والمحاكاة: Festschrift لـ Pierre L'Ecuyer . سبرينغر. ص 65 – 87. دوى : 10.1007 / 978-3-031-10193-9_4 . رقم ISBN 978-3-031-10192-2.
- ↑ بوتيف، زي؛ ليكويير، ب. (6 ديسمبر 2015). "التقدير الفعال للاحتمالية ومحاكاة توزيع t متعدد المتغيرات المقتطع". مؤتمر المحاكاة الشتوية 2015 (WSC) . هنتنغتون بيتش، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية: IEEE. ص 380-391 . doi : 10.1109/WSC.2015.7408180 . hdl : 1959.4/unsworks_38275 .
- ↑ جينز، آلان (2009). حساب احتمالات التوزيع الطبيعي متعدد المتغيرات واحتمالات t . سلسلة محاضرات في الإحصاء. المجلد 195. سبرينغر. doi : 10.1007/978-3-642-01689-9 . ISBN 978-3-642-01689-9أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 27 أغسطس 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 سبتمبر 2017 .
- 1 2 مويرهيد، روب (1982). جوانب من نظرية الإحصاء متعدد المتغيرات . الولايات المتحدة الأمريكية: وايلي. الصفحات 32-36. النظرية 1.5.4. ISBN 978-0-47 1-76985-9.
- ↑ كورنيش، إي. أ. (1954). "توزيع t متعدد المتغيرات المرتبط بمجموعة من الانحرافات الطبيعية للعينة" . المجلة الأسترالية للفيزياء . 7 : 531-542 . doi : 10.1071/PH550193 .
- ↑ دينغ، بينغ (2016). "حول التوزيع الشرطي لتوزيع t متعدد المتغيرات" . الإحصائي الأمريكي . 70 (3): 293-295 . arXiv : 1604.00561 . doi : 10.1080/00031305.2016.1164756 . S2CID 55842994 .
- ↑ ديمارتا، ستيفانو؛ ماكنيل، ألكسندر (2004). "الرابطة t والروابط ذات الصلة" (ملف PDF) . ريسكنت .
- ↑ أوسيفالسكي، جاك؛ ستيل، مارك (1996). "العزوم اللاحقة لمعاملات المقياس في نماذج أخذ العينات الإهليلجية". التحليل البايزي في الإحصاء والاقتصاد القياسي . وايلي. ص 323-335 . ISBN 0-471-11856-7.
- ↑ كبرياء، ك.م.ج.؛ جواردر، أ.هـ. (يناير 2006). "مراجعة موجزة لتوزيع t متعدد المتغيرات" (ملف PDF) . مجلة البحوث الإحصائية . 40 (1): 59-72 . doi : 10.1007/s42979-021-00503-0 . S2CID 232163198 .
- ↑ أيتكن، أ.س. - (1948). المحددات والمصفوفات ( الطبعة الخامسة). إدنبرة: أوليفر وبويد. ص. الفصل الرابع، القسم 36.
- ↑ جيرون، خافيير؛ ديل كاستيلو، كارمن (2010). "توزيع بيرنز-فيشر متعدد المتغيرات" . مجلة التحليل متعدد المتغيرات . 101 (9): 2091-2102 . doi : 10.1016/j.jmva.2010.04.008 .
- ↑ أوخرين، ي؛ شميد، و (2006). "الخصائص التوزيعية لأوزان المحفظة" . مجلة الاقتصاد القياسي . 134 : 235-256 . doi : 10.1016/j.jeconom.2005.06.022 .
- ↑ بودنار، ت؛ دميتريف، س؛ باروليا، ن؛ شميد، و (2019). "اختبارات لأوزان محفظة الحد الأدنى العالمي للتباين في بيئة عالية الأبعاد". معاملات IEEE في معالجة الإشارات . 67 (17): 4479-4493 . arXiv : 1710.09587 . Bibcode : 2019ITSP...67.4479B . doi : 10.1109/TSP.2019.2929964 .
الأدب
- كوتز، صموئيل؛ ناداراجا، ساراليس (2004). توزيعات t متعددة المتغيرات وتطبيقاتها . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0521826549.
- تشيروبيني، أمبرتو؛ لوتشيانو، إليسا؛ فيكياتو، والتر (2004). أساليب كوبولا في التمويل . جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-0470863442.
- طالب، نسيم نيكولاس (2023). العواقب الإحصائية للذيول السميكة ( الطبعة الأولى). دار النشر الأكاديمية. ISBN 979-8218248031.
روابط خارجية
- طرق الاقتران مقابل التوزيعات متعددة المتغيرات الكنسية: توزيع Student T متعدد المتغيرات بدرجات حرية عامة
- توزيع t متعدد المتغيرات للطالب
- التوزيعات المستمرة
- التوزيعات المستمرة متعددة المتغيرات
