Variação Condicional e Previsões: 7 Fatos Importantes

Neste artigo, a variância condicional e as previsões usando a expectativa condicional para os diferentes tipos de variável aleatória com alguns exemplos que iremos discutir.

Variância Condicional

A variância condicional da variável aleatória X dado Y é definida de maneira semelhante à Expectativa condicional da variável aleatória X dado Y como

(X|Y)=E[(XE[X|Y])2|S]

aqui a variância é a expectativa condicional de diferença entre a variável aleatória e o quadrado da expectativa condicional de X dado Y quando o valor de Y é dado.

A relação entre o variância condicional e expectativa condicional is

(X|Y) = E[X2|Y] – (E[X|Y])2

E[(X|Y)] = E[E[X2|Y]] – E[(E[X|Y])2]

= E[X2] – E[(E[X\Y])2]

já que E[E[X|Y]] = E[X], temos

(E[X|Y]) = E[(E[X|Y])2] - (E [X])2

isso é de alguma forma semelhante à relação de variação incondicional e expectativa que era

Var (X) = E [X2] - (E [X])2

e podemos encontrar a variância com a ajuda da variância condicional como

Var(X) = E[var(X|Y] + var(E[X|Y])

Exemplo de variância condicional

Encontre a média e a variância do número de viajantes que entram no ônibus se as pessoas que chegaram à garagem forem Poisson distribuídas com média λt e o ônibus inicial chegado à garagem for uniformemente distribuído no intervalo (0, T) independente das pessoas chegou ou não.

Alternativa?

Para encontrar a média e a variância para qualquer tempo t, Y é a variável aleatória para o tempo de chegada do barramento e N (t) é o número de chegadas

E[N(Y)|Y = t] = E[N(t)|Y = t]

pela independência de Y e N (t)

=λt

uma vez que N (t) é Poisson com média \lambda t
Conseqüentemente

E[N(S)|S]=λY

então aceitar as expectativas dá

E[N(S)] = λE[S] = λT / 2

Para obter Var (N (Y)), usamos a fórmula de variância condicional

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assim

(N(S)|S) = λY

E[N(S)|S] = λY

Portanto, a partir da fórmula de variância condicional,

Var(N(S)) = E[λS]+(λY)

=λT/2 + λ2T2/ 12

onde usamos o fato de que Var (Y) = T2 / 12.

Variância de uma soma de um número aleatório de variáveis ​​aleatórias

considere a sequência de elementos independentes e idênticos distribuído variáveis ​​aleatórias X1,X2,X3,………. e outra variável aleatória N independente desta sequência, encontraremos variação da soma desta sequência como

CodeCogsEqn 92

utilização

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o que é óbvio com a definição de variância e variância condicional para a variável aleatória individual para a soma da sequência de variáveis ​​aleatórias, portanto

CodeCogsEqn 93

Predição

Na previsão, o valor de uma variável aleatória pode ser previsto com base na observação de outra variável aleatória, para a previsão da variável aleatória Y, se a variável aleatória observada for X, usamos g (X) como a função que informa o valor previsto, obviamente nós tente escolher g (X) perto de Y para este o melhor g é g (X) = E (Y | X) para isso devemos ter que minimizar o valor de g usando a desigualdade

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Podemos obter essa desigualdade como

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No entanto, dado X, E [Y | X] -g (X), sendo uma função de X, pode ser tratada como uma constante. Desse modo,

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que dá a desigualdade necessária

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Exemplos de previsão

1. Observa-se que a altura de uma pessoa é de um metro e oitenta, qual seria a previsão da altura de seus filhos depois de crescidos se a altura de seus filhos que agora passa de x polegadas está normalmente distribuída com média x + 1 e variância 4.

Solução: seja X a variável aleatória denotando a altura da pessoa e Y a variável aleatória para a altura do filho, então a variável aleatória Y é

Y = X + e + 1

aqui e representam a variável aleatória normal independente da variável aleatória X com média zero e variância quatro.

então a previsão para a altura dos filhos é

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portanto, a altura do filho será de 73 polegadas após o crescimento.

2. Considere um exemplo de envio de sinais da localização A e localização B, se da localização A um valor de sinal s é enviado, que na localização B recebeu por distribuição normal com média se variância 1, enquanto se o sinal S enviado em A é normalmente distribuído com média \ mu e variância \ sigma ^ 2, como podemos prever que o valor do sinal R enviado da localização A será recebido é r na localização B?

Solução: Os valores de sinal S e R denotam aqui as variáveis ​​aleatórias distribuídas normalmente, primeiro encontramos a função de densidade condicional S dada R como

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este K é independente de S, agora

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aqui também C1 e C2 são independentes em S, então o valor da função de densidade condicional é

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C também é independente de s, portanto, o sinal enviado da localização A como R e recebido na localização B como r é normal com média e variância

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e o erro quadrático médio para esta situação é

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Preditor Linear

Cada vez que não podemos encontrar a função de densidade de probabilidade conjunta, mesmo a média, a variância e a correlação entre duas variáveis ​​aleatórias são conhecidas, em tal situação o preditor linear de uma variável aleatória em relação a outra variável aleatória é muito útil, pois pode prever o mínimo , então, para o preditor linear da variável aleatória Y em relação à variável aleatória X, tomamos a e b para minimizar

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Agora diferencie parcialmente em relação a aeb obteremos

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resolvendo essas duas equações para a nd b, obteremos

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assim, minimizar essa expectativa dá ao preditor linear como

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onde as médias são as respectivas médias das variáveis ​​aleatórias X e Y, o erro para o preditor linear será obtido com a expectativa de

variância condicional
variância condicional: erro na previsão

Este erro será mais próximo de zero se a correlação for perfeitamente positiva ou perfeitamente negativa se o coeficiente de correlação for +1 ou -1.

Conclusão

A variância condicional para o discreto e variável aleatória contínua com diferentes exemplos foram discutidos, uma das importantes aplicações da expectativa condicional na previsão também é explicada com exemplos adequados e com o melhor preditor linear, se você precisar de mais leitura, acesse os links abaixo.

Para mais postagens sobre matemática, consulte nosso Página de Matemática

Um primeiro curso de probabilidade por Sheldon Ross

Esboços de probabilidade e estatísticas de Schaum

Uma introdução à probabilidade e estatística por ROHATGI e SALEH