Brownova kovariancna razdalja

Podobni dokumenti
Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 6. julij 2018 Navodila Pazljivo preberite be

Vaje: Matrike 1. Ugani rezultat, nato pa dokaži z indukcijo: (a) (b) [ ] n 1 1 ; n N 0 1 n ; n N Pokaži, da je množica x 0 y 0 x

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 31. avgust 2018 Navodila Pazljivo preberite

Osnove matematicne analize 2018/19

EKVITABILNE PARTICIJE IN TOEPLITZOVE MATRIKE Aleksandar Jurišić Politehnika Nova Gorica in IMFM Vipavska 13, p.p. 301, Nova Gorica Slovenija Štefko Mi

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Verjetnost Pisni izpit 5. februar 2018 Navodila Pazljivo preberite

Vrste

NAVADNA (BIVARIATNA) LINEARNA REGRESIJA O regresijski analizi govorimo, kadar želimo opisati povezanost dveh numeričnih spremenljivk. Opravka imamo to

Univerza v Mariboru Fakulteta za naravoslovje in matematiko Oddelek za matematiko in računalništvo Enopredmetna matematika IZPIT IZ VERJETNOSTI IN STA

Matematika 2

resitve.dvi

glava.dvi

FGG13

resitve.dvi

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-avgust-17.dvi

Matematika Diferencialne enačbe prvega reda (1) Reši diferencialne enačbe z ločljivimi spremenljivkami: (a) y = 2xy, (b) y tg x = y, (c) y = 2x(1 + y

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/testi in izpiti/ /IZPITI/FKKT-februar-14.dvi

Matematika II (UNI) Izpit (23. avgust 2011) RE ITVE Naloga 1 (20 to k) Vektorja a = (0, 1, 1) in b = (1, 0, 1) oklepata trikotnik v prostoru. Izra una

GeomInterp.dvi

FGG14

resitve.dvi

2. Model multiple regresije

Linearna algebra - povzetek vsebine Peter Šemrl Jadranska 21, kabinet 4.10 Izpitni režim: Kolokviji in pisni izpiti so vsi s

5 SIMPLICIALNI KOMPLEKSI Definicija 5.1 Vektorji r 0,..., r k v R n so afino neodvisni, če so vektorji r 1 r 0, r 2 r 0,..., r k r 0 linearno neodvisn

Kazalo 1 DVOMESTNE RELACIJE Operacije z dvomestnimi relacijami Predstavitev relacij

Slide 1

3. Preizkušanje domnev

FGG02

Osnove statistike v fizični geografiji 2

Domače vaje iz LINEARNE ALGEBRE Marjeta Kramar Fijavž Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani 2007/08 Kazalo 1 Vektorji 2 2 Analit

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 2 Pisni izpit 9. junij 2005 Ime in priimek: Vpisna št: Zaporedna številka izpita: Navodila Pazljivo preberite bese

Mrežni modeli polimernih verig Boštjan Jenčič 22. maj 2013 Eden preprostejših opisov polimerne verige je mrežni model, kjer lahko posamezni segmenti p

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Katja Ciglar Analiza občutljivosti v Excel-u Seminarska naloga pri predmetu Optimizacija v fina

Poslovilno predavanje

Mere kompleksnih mrež (angl. Network Statistics) - Seminarska naloga pri predmetu Izbrana poglavja iz diskretne matematike

(Microsoft PowerPoint - vorsic ET 9.2 OES matri\350ne metode 2011.ppt [Compatibility Mode])

6.1 Uvod 6 Igra Chomp Marko Repše, Chomp je nepristranska igra dveh igralcev s popolno informacijo na dvo (ali vec) dimenzionalnem prostoru

1 Diskretni naklju ni vektorji 1 1 Diskretni naklju ni vektorji 1. Dopolni tabelo tako, da bosta X in Y neodvisni. X Y x x x x x

M

Lehmerjev algoritem za racunanje najvecjega skupnega delitelja

3. Metode, ki temeljijo na minimalnem ostanku Denimo, da smo z Arnoldijevim algoritmom zgenerirali ON bazo podprostora Krilova K k (A, r 0 ) in velja

LaTeX slides

Rešene naloge iz Linearne Algebre

CpE & ME 519

RAČUNALNIŠKA ORODJA V MATEMATIKI

Ravninski grafi Tina Malec 6. februar 2007 Predstavili bomo nekaj osnovnih dejstev o ravninskih grafih, pojem dualnega grafa (k danemu grafu) ter kako

Matematika II (UN) 2. kolokvij (7. junij 2013) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) ƒasovna funkcija f je denirana za t [0, 2] in podana s spodnjim grafom. f t

resitve.dvi

1. izbirni test za MMO 2018 Ljubljana, 16. december Naj bo n naravno število. Na mizi imamo n 2 okraskov n različnih barv in ni nujno, da imam

NEKAJ VPRAŠANJ IZ MATEMATIKE 2 1. Katero točko evklidskega prostora R n imenujemo notranjo (zunanjo, robno) točko množice M R n? 2. Za poljubno množic

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO Petra Žigert Pleteršek MATEMATIKA III Maribor, september 2017

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO Oddelek za matematiko in računalništvo DIPLOMSKO DELO Peter Škofič Maribor, 2014

Funkcije in grafi

Vektorji - naloge za test Naloga 1 Ali so točke A(1, 2, 3), B(0, 3, 7), C(3, 5, 11) b) A(0, 3, 5), B(1, 2, 2), C(3, 0, 4) kolinearne? Naloga 2 Ali toč

C:/Users/Matevz/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-januar-februar-15.dvi

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO Oddelek za matematiko in računalništvo DIPLOMSKO DELO Denis Kolarič Maribor, 2010

Učinkovita izvedba algoritma Goldberg-Tarjan Teja Peklaj 26. februar Definicije Definicija 1 Naj bo (G, u, s, t) omrežje, f : E(G) R, za katero v

Osnove verjetnosti in statistika

Slide 1

Wienerjevemu indeksu podobni indeksi na grafih

Microsoft Word - Astronomija-Projekt19fin

PowerPoint Presentation

Microsoft PowerPoint _12_15-11_predavanje(1_00)-IR-pdf

PREDMETNI KURIKULUM ZA RAZVOJ METEMATIČNIH KOMPETENC

Osnove teorije kopul in maksmin kopule

UM FKKT, Bolonjski visoko²olski program Kemijska tehnologija Vpisna ²tevilka Priimek, ime 3. test pri predmetu MATEMATIKA II Ra unski del

DN5(Kor).dvi

predstavitev fakultete za matematiko 2017 A

P182C10111

Osnove verjetnostne metode doc. dr. R. Škrekovski Oddelek za Matematiko Fakulteta za Matematiko in Fiziko Univerza v Ljubljani

Uvod v diferencialne enačbe, kompleksno in Fourierovo analizo Bojan Magajna Fakulteta za matematiko in fiziko, Univerza v Ljubljani

Optimizacija z roji delcev - Seminarska naloga pri predmetu Izbrana poglavja iz optimizacije

C:/AndrejT/vestnik/76_1/Rotovnik/main.dvi

POPOLNI KVADER

2

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO Oddelek za matematiko in računalništvo DIPLOMSKO DELO Vika Koban Maribor, 2012

Študij AHITEKTURE IN URBANIZMA, šol. l. 2016/17 Vaje iz MATEMATIKE 9. Integral Določeni integral: Določeni integral: Naj bo f : [a, b] R funkcija. Int

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-junij-17.dvi

11. Navadne diferencialne enačbe Začetni problem prvega reda Iščemo funkcijo y(x), ki zadošča diferencialni enačbi y = f(x, y) in začetnemu pogo

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO ODDELEK ZA FIZIKO Peter Smerkol SEMINARSKA NALOGA Brownovo Gibanje MENTOR: dr. Tomaž Podobnik L

Popravki nalog: Numerična analiza - podiplomski študij FGG : popravljena naloga : popravljena naloga 14 domače naloge - 2. skupina

ANALITIČNA GEOMETRIJA V RAVNINI

Mladi za napredek Maribora srečanje DOLŽINA»SPIRALE«Matematika Raziskovalna naloga Februar 2015

2.1 Osnovni pojmi 2 Nim Ga²per Ko²mrlj, Denicija 2.1 P-poloºaj je poloºaj, ki je izgubljen za igralca na potezi. N- poloºaj je poloºaj, ki

Numeri na analiza - podiplomski ²tudij FGG doma e naloge - 1. skupina V prvem delu morate re²iti toliko nalog, da bo njihova skupna vsota vsaj 10 to k

Namesto (x,y)R uporabljamo xRy

MAGIČNI KVADRATI DIMENZIJE 4n+2

Univerza v Novi Gorici Fakulteta za aplikativno naravoslovje Fizika (I. stopnja) Mehanika 2014/2015 VAJE Gravitacija - ohranitveni zakoni

Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Kristjan Ažman Identifikacija dinamičnih sistemov z Gaussovimi procesi z vključenimi linearnimi model

P181C10111

RAM stroj Nataša Naglič 4. junij RAM RAM - random access machine Bralno pisalni, eno akumulatorski računalnik. Sestavljajo ga bralni in pisalni

Verjetnost in vzorčenje: teoretske porazdelitve standardne napake ocenjevanje parametrov as. dr. Nino RODE prof. dr. Blaž MESEC

Poskusi s kondenzatorji

MATEMATIKA 2. LETNIK GIMNAZIJE G2A,G2B Sestavil: Matej Mlakar, prof. Ravnatelj: Ernest Simončič, prof. Šolsko leto 2011/2012 Število ur: 140

Urejevalna razdalja Avtorji: Nino Cajnkar, Gregor Kikelj Mentorica: Anja Petković 1 Motivacija Tajnica v posadki MARS - a je pridna delavka, ampak se

Microsoft Word - N _moderacija.docx

Matematika II (UN) 1. kolokvij (13. april 2012) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) Dana je linearna preslikava s predpisom τ( x) = A x A 1 x, kjer je A

Kotne in krožne funkcije Kotne funkcije v pravokotnem trikotniku β a c γ b α sin = a c cos = b c tan = a b cot = b a Sinus kota je razmerje kotu naspr

Univerza na Primorskem FAMNIT, MFI Vrednotenje zavarovalnih produktov Seminarska naloga Naloge so sestavni del preverjanja znanja pri predmetu Vrednot

MATLAB programiranje MATLAB... programski jezik in programersko okolje Zakaj Matlab? tipičen proceduralni jezik enostaven za uporabo hitro učenje prir

Transkripcija:

Brownova kovariančna razdalja Nace Čebulj Fakulteta za matematiko in fiziko 8. januar 2015

Nova mera odvisnosti Motivacija in definicija S primerno izbiro funkcije uteži w(t, s) lahko definiramo mero odvisnosti V: V 2 (X, Y ; w) = ϕ X,Y (t, s) ϕ X (t)ϕ Y (s) 2 w= = ϕ X,Y (t, s) ϕ X (t)ϕ Y (s) 2 w(t, s)dtds. R p+q Pomembna lastnost te mere je: V(X, Y ; w) = 0 X in Y sta neodvisni. Standardizirano verzijo V(X, Y ; w) definiramo kot R w (X, Y ; w) = V(X, Y ; w) V(X ; w)v(y ; w).

Izbira norme Motivacija in definicija Iščemo funkcijo uteži w oz. normo w, da bo veljalo 1 R w 0, 2 R w = 0 samo v primeru neodvisnosti, torej je R w strogo pozitiven za odvisne spremenljivke, 3 R w je invarianten glede na množenje s skalarjem, tj. za poljuben ε > 0 je R w (X, Y ; w) = R w (εx, εy ; w).

Motivacija in definicija Lema (Szekely) Pri poljubnem α (0, 2) za vsak x R d velja kjer je R d 1 cos t, x t d+α d dt = C(d, α) x α d, C(d, α) = 2πd/2 Γ(1 α/2) α2 α Γ((d + α)/2). Lema predlaga funkcije uteži oblike w(t, s; α) = (C(p, α)c(q, α) t p+α p s q+α q ) 1, 0 < α < 2. Posledica takšne izbire funkcije uteži je, da pripadajoči koeficienti R w zadostujejo pogoju invariantnosti glede na množenje s skalarjem.

Kovariančna razdalja Motivacija in definicija Definicija Kovariančna razdalja (dcov) med slučajnima vektorjema X in Y s končnima prvima momentoma je nenegativno število V(X, Y ), ki je definirano z V 2 (X, Y ) = ϕ X,Y (t, s) ϕ X (t)ϕ Y (s) 2 = 1 Rp+q ϕ X,Y (t, s) ϕ X (t)ϕ Y (s) 2 c p c q t 1+p p s 1+q dtds. q Variančno razdaljo (dvar) definiramo kot V 2 (X ) = V 2 (X, X ), korelacijsko razdaljo (dcor) pa kot V 2 (X,Y ) R 2 (X, Y ) =, V 2 (X )V 2 (Y ) V2 (X )V 2 (Y ) > 0, 0, V 2 (X )V 2 (Y ) = 0.

Motivacija in definicija Naj bo (X, Y) = {(X k, Y k ), k = 1, 2,..., n} slučajni vzorec. Definiramo matriki evklidskih razdalj [a k,l ] k,l = [ X k X l p ] k,l in [b k,l ] k,l = [ Y k Y l q ] k,l. Definirajmo kjer so A k,l = a k,l ā k, ā,l + ā,, k, l = 1, 2,..., n, ā k, = 1 n a k,l, n l=1 ā,l = 1 n n a k,l, ā, = 1 n n 2 a k,l. k=1 k,l=1 Na analogen način definiramo tudi B k,l = b k,l b k, b,l + b,, k, l = 1, 2,..., n.

Vzorčna kovariančna razdalja Motivacija in definicija Definicija Vzorčna kovariančna razdalja V n(x, Y) in vzorčna korelacijska razdalja R n(x, Y) sta nenegativni števili, definirani z V 2 1 n (X, Y) = n 2 n k,l=1 A k,l B k,l in R 2 n (X, Y) = { V2 n (X,Y), V V n 2 n 2 (X)V2 n (Y) > 0, (X)V2 n (Y) 0, Vn 2 (X)V2 n (Y) = 0. Izrek (Szekely in Rizzo) Če je E[ X p] < in E[ Y q] <, potem velja lim V n(x, Y) = V(X, Y ) n s.g., lim R 2 n (X, Y) = R2 (X, Y )s.g. n

Motivacija in definicija Za X R p in Y R q, E[ X p ] < in E[ Y q ] <, velja: (i) 0 R(X, Y ) 1. (ii) R(X, Y ) = 0 natanko tedaj, ko sta X in Y neodvisna. (iii) V(a 1 + b 1 C 1 X, a 2 + b 2 C 2 Y ) = b 1 b 2 V(X, Y ) za vse vektorje konstant a 1 R p, a 2 R q, skalarje b 1, b 2 in ortonormirani matriki C 1 R p p, C 2 R q q. (iv) Če je slučajni vektor (X 1, Y 1 ) neodvisen od vektorja (X 2, Y 2 ), potem je V(X 1 + X 2, Y 1 + Y 2 ) V(X 1, Y 1 ) + V(X 2, Y 2 ). Enakost drži natanko tedaj, ko drži ena izmed spodnjih izjav: (a) X 1 in Y 1 sta konstanti, (b) X 2 in Y 2 sta konstanti, (c) X 1, X 2, Y 1 in Y 2 so paroma neodvisni. (v) Če je V(X ) = 0, potem je X = E[X ] skoraj gotovo.

Motivacija in definicija Lastnosti V n in R n Za poljuben slučajni vzorec (X, Y) imata V n (X, Y) in R n (X, Y) naslednje lastnosti: (i) Vn(X, 2 Y) = ϕ n X,Y (t, s) ϕn X (t)ϕn Y (s) 2 (ii) V n (X, Y) 0. (iii) V n (X) = 0 natanko tedaj ko so vse vrednosti vzorca X enake. (iv) 0 R n (X, Y) 1. (v) Če je R n (X, Y) = 1, potem sta razsežnosti linearnih podprostorov, ki jih razpenjata X in Y, skoraj gotovo enaki. Če predpostavimo še, da sta X in Y v istem prostoru, potem velja Y = a + bxc za nek vektor a, neničelno število b in ortogonalno matriko C.

Motivacija in definicija Multivariatni test neodvisnosti je določen s statistiko nvn 2 ali nv2 n T 2, kjer je T 2 = ā, b,. Trditev (Szekely in Rizzo) Bodita X in Y slučajni spremenljivki, za kateri je E[ X p + Y q ] <. Potem veljajo naslednje trditve: (i) Če sta X in Y neodvisni, potem nv2 D n Q 1, kjer je Q 1 n nenegativna kvadratna forma standardno normalno porazdeljenih slučajnih spremenljivk in E[Q 1 ] = E[ X X ]E[ Y Y ]. (ii) Če sta X in Y neodvisni, potem nv2 D n/t 2 Q, kjer je Q n nenegativna kvadratna forma standardno normalno porazdeljenih slučajnih spremenljivk in E[Q] = 1. (iii) Če sta X in Y odvisni, potem nv2 n/t 2 D in n nv2 D n. n

Definicija Brownove kovariance Zveza W = V Centrirana slučajna spremenljivka in kovarianca Definicija Naj bo X slučajna spremenljivka z zalogo vrednosti v R p in U poljuben slučajni proces, definiran za vse t R p, ki je neodvisen od X. Potem je U-centrirana verzija X definirana kot X U = U(X ) E[U(X ) U], če pogojno upanje v definiciji obstaja. Dalje, bodita Y R q slučajna spremenljivka in V poljuben slučajni proces, definiran za vse t R q in neodvisen od Y. Potem je (U, V ) kovarianca slučajnih spremenljivk X in Y nenegativno število, definirano preko svojega kvadrata Cov 2 U,V (X, Y ) = E[X U X UY V Y V ], če je izpolnjen pogoj nenegativnosti in končnosti desne strani enačbe.

Definicija Brownove kovariance Definicija Brownove kovariance Zveza W = V Definicija oz. Wienerjeva kovarianca slučajnih spremenljivk X R p in Y R q, za kateri je E[ X 2 p + Y 2 q] <, je nenegativno število W, definirano z W 2 (X, Y ) = Cov 2 W (X, Y ) = Cov 2 W,W (X, Y ) = E[X W X W Y W Y W ], kjer je (W, W ) neodvisen od (X, Y, X, Y ). Brownov korelacijski koeficient je definiran kot Cor W (X, Y ) = W(X, Y ) W(X )W(Y ), če je imenovalec ulomka v enačbi neničeln, sicer je Cor W (X, Y ) = 0.

Obstoj W(X, Y ) Definicija Brownove kovariance Zveza W = V Izrek (Szekely in Rizzo) Bodita X slučajna spremenljivka z vrednostmi v R p in Y slučajna spremenljivka z vrednostmi v R q. Če je E[ X 2 + Y 2 ] <, potem je 0 E[X W X W Y W Y W ] < ter W 2 (X, Y ) = E[X W X W Y W Y W ] = = E[ X X Y Y ] + E[ X X ]E[ Y Y ] E[ X X Y Y ] E[ X X Y Y ],

Zveza W = V Definicija Brownove kovariance Zveza W = V Izrek (Szekely in Rizzo) Za poljubno slučajni spremenljivki X R p in Y R q s končnima drugima momentoma velja W(X, Y ) = V(X, Y ).

Dokaz enakosti W = V Najprej razpišemo Definicija Brownove kovariance Zveza W = V ϕ X,Y (t, s) ϕ X (t)ϕ Y (s) 2 = ϕ X,Y (t, s) 2 2 Re{ϕ X,Y (t, s)ϕ X (t)ϕ Y (s)}+ ϕ X (t)ϕ Y (s) 2. Za vsak člen posebej dalje izračunamo ϕ X,Y (t, s) 2 = E[cos( X X, t ) cos( Y Y, s )] + V, Re{ϕ X,Y (t, s)ϕ X (t)ϕ Y (s)} = E[cos( t, X X + s, Y Y )], ϕ X (t)ϕ Y (s) 2 = E[cos t, X X cos s, Y Y, ], kjer je z V označena liha funkcija. Z uporabo zveze cos u cos v = 1 (1 cos u) (1 cos v) + (1 cos u)(1 cos v) po poenostavitvi dobimo ϕ X,Y (t, s) ϕ X (t)ϕ Y (s) 2 = E[(1 cos X X, t )(1 cos Y Y, s )] 2E[(1 cos X X, t )(1 cos Y Y, s )] +E[(1 cos X X, t )(1 cos Y Y, s )] +V.

Definicija Brownove kovariance Zveza W = V Dokaz enakosti W = V - nadaljevanje Uporabimo dejstvo, da je integral lihe funkcije po celotnem celotnem prostoru enak nič, Szekelyjevo lemo in Fubinijev izrek. Za integral prvega člena zadnjega izraza tako dobimo E[(1 cos X X, t )(1 cos Y Y, s )]w(t, s)dtds = R p+q [ ] = E (1 cos X X, t )(1 cos Y Y, s )w(t, s)dtds = R p+q = E [ 1 cos X k X l, t R p c p t p+1 dt p = E[ X X Y Y ]. 1 cos Y k Y m, s R q c q s q+1 q Na enak način izračunamo še integral po ostalih dveh členih in res dobimo V 2 (X, Y ) = E[ X X Y Y ] + E[ X X ]E[ Y Y ] 2E[ X X Y Y ] = W 2 (X, Y ). ds ] =

Slabosti klasičnega testa neodvisnosti Imamo slučajna vzorca X 1, X 2,..., X n in Y 1, Y 2,..., Y n porojena iz porazdelitev slučajnih spremenljivk X oz. Y. V sledečih primerih klasični test korelacije težko zazna odvisnost med X in Y, tudi če ta obstaja. (i) X i lahko merimo le preko opazovane vrednosti A i = X i + ε i, kjer so ε i neodvisni od X i (in med seboj). Podobno velja tudi za Y. (ii) Merimo lahko le realizacije slučajnih spremenljivk, ki so (ne)slučajne funkcije X in Y, npr. A i = φ(x i ) in B i = ψ(y i ). (iii) Primeri, ki so kombinacije (i) in (ii) za določene vrste slučajnih funkcij φ in ψ. Težave so predvsem v primeru nelinearne ali nemonotone odvisnosti.

Prednosti dcov testa Glavna praktična dodana vrednost dcov testa je zajeta v naslednjih točkah: zazna kakršnokoli vrsto odvisnosti, pomaga prepoznati potencialne vplivne neobičajne opazovane vrednosti v raziskovalni analizi podatkov, omogoča ločeno analizo linearne in nelinearne odvisnosti za poljubne razsežnosti.