顺序统计量

作者: pdnbplus | 发布时间: 2024/07/14 | 阅读量: 236

# 顺序统计量 -- 潘登同学的概率论与数理统计笔记

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是在随机过程的Poisson过程,在描述事件A已经发生了n次(记为N(t)=nN(t)=n,考虑这n次事件发生的时刻T1,T2,,TnT_1,T_2,\ldots,T_n的联合分布。

顺序统计量

假设x1,x2,,xnx_1,x_2,\cdots,x_n是定义在[0,w][0,w]区间上,服从FF分布的随机变量,
P(Xx)=F(x)P(X\leq x) = F(x)
Y1,Y2,,YnY_1,Y_2,\cdots,Y_n是上面的一个顺序统计量, 就是按照从小到大的顺序对xx进行排序,然后换个名字而已,那么这个顺序统计量的联合分布为
P{Y1y1,Y2y2,Ynyn}=P{x1y1,x2y2,xnyn}+P{x2y1,x1y2,xnyn}总之就是对原有的x进行全排列加起来,全排列总共有n!=n!F(y1)F(y2)F(yn)\begin{aligned} &P\{Y_1 \leq y_1, Y_2 \leq y_2, \cdots Y_n \leq y_n\} \\ &= P\{x_1 \leq y_1, x_2 \leq y_2, \cdots x_n \leq y_n\} \\ &+P\{x_2 \leq y_1, x_1 \leq y_2, \cdots x_n \leq y_n\} \\ & \cdots 总之就是对原有的x进行全排列加起来, 全排列总共有 n!种 \\ &= n!F(y_1)F(y_2)\cdots F(y_n) \end{aligned}

那么联合概率密度函数就是
fY(y1,y2,,yn)=nn!F(y1)F(y2)F(yn)yny2y1=n!f(y1)f(y2)f(yn)f_Y(y_1,y_2,\ldots,y_n) = \frac{\partial^n n!F(y_1)F(y_2)\cdots F(y_n)}{\partial y_n \ldots \partial y_2 \partial y_1} \\ = n! f(y_1)f(y_2)\cdots f(y_n)

Poisson过程事件发生时刻的条件分布

是在随机过程的Poisson过程,在描述事件A已经发生了n次(记为N(t)=nN(t)=n,考虑这n次事件发生的时刻T1,T2,,TnT_1,T_2,\ldots,T_n的联合分布。

想知道联合分布, 那必有概率密度函数,先上结论,后面再证
f(T=t1,t2,,tn)=n!tnf(T=t_1,t_2,\ldots,t_n) = \frac{n!}{t^n}


证明:0<t1<t2<<tn<tn=thi充分小,使得ti+hi<ti+1(i=0,1,2,,n)P{ti<Ti<ti+hi,i=1,2,,nN(t)=n}=P{N(ti+hi)N(ti)=1,N(hi+1)N(ti+hi)=0,1in,N(t1)=0}P{N(t)=n}将上式翻译成人话,就是事件发生的时刻Ti=ti,然后间每个事件发生的概率做连积,再除以条件的概率再根据Poisson过程中,在任一长度为t的区间中时间发生的次数服从均值为λtPoisson分布P{N(t+s)N(s)=n}=eλt(λt)nn!=λh1eλh1λhneλhneλ(th1h2hn)eλt(λt)nn!=n!tnh1h2hnf(t1,t2,,tn)=limhi0,1inP{ti<Ti<ti+hi,i=1,2,,nN(t)=n}h1h2hn=n!tn,0<t1<t2<<tn证明: 设0< t_1 < t_2 < \ldots < t_n < t_n = t \\ 取 h_i 充分小,使得 t_i + h_i < t_{i+1} (i = 0,1,2,\ldots,n) \\ \begin{aligned} &P\{t_i< T_i < t_i + h_i,i=1,2,\ldots,n|N(t)=n\} \\ &=\frac{P\{N(t_i+h_i)-N(t_i)=1,N(h_{i+1})-N(t_i+h_{i})=0,1 \leq i \leq n, N(t_1)=0\}}{P\{N(t)=n\}} \\ & \color{blue}{将上式翻译成人话,就是事件发生的时刻T_i = t_i,然后间每个事件发生的概率做连积, 再除以条件的概率} \\ & \color{blue}{再根据Poisson过程中,在任一长度为t的区间中时间发生的次数服从均值为\lambda t的Poisson分布} \\ &\color{blue}{P\{N(t+s)-N(s)=n\} = e ^{-\lambda t}\frac{(\lambda t)^n}{n!}}\\ &=\frac{\lambda h_1 e^{-\lambda h_1} \cdots \lambda h_n e^{-\lambda h_n}e^{-\lambda(t-h_1-h_2-\ldots -h_n)}}{e^{-\lambda t}\frac{(\lambda t)^n}{n!}} \\ &=\frac{n!}{t^n} h_1 h_2 \cdots h_n \\ &f(t_1,t_2,\ldots,t_n) \\ &= \lim_{h_i\to 0,1\leq i \leq n} \frac{P\{t_i< T_i < t_i + h_i,i=1,2,\ldots,n|N(t)=n\}}{h_1h_2\ldots h_n} \\ &= \frac{n!}{t^n}, 0<t_1<t_2<\cdots<t_n \end{aligned}

这个结果就是[0,t][0,t]区间上服从均匀分布的n个相互独立随机变量Y1,Y2,,YnY_1,Y_2,\cdots,Y_n的顺序统计量的联合概率密度。所以从直观上, 在已知[0,t][0,t]内发生了n次事件的前提下,各次事件发生的时刻T1,T2,,TnT_1,T_2,\cdots,T_n(不排序)可看做相互独立的随机变量,且都服从[0,t][0,t]的均匀分布