均匀随机变量的独立性和相关性的关系

机器算法验证 相关性 独立 均匀分布
2022-03-19 05:49:50

我的问题很简单:让XY是两个不相关的均匀随机变量[1,1]. 他们是独立的吗?

我的印象是,两个随机的、不相关的变量只有在它们的联合分布是正态的情况下才必然是独立的。但是,我无法提出反例来反驳我所询问的主张。请提供反例或证明。

1个回答

独立意味着不相关,但暗示并不相反。

不相关意味着仅在某些条件下独立。例如,如果您有一个双变量 normal,则不相关意味着独立(如您所说)。

在变量不相关但不独立的情况下,很容易构建具有均匀边距的二元分布。这里有一些例子:

  1. 考虑一个额外的随机变量B取值±1每个都有概率12, 独立于X. 然后让Y=BX.

  2. 取两个独立制服的二元分布,并在每个边距上将其切成 4 个相等大小的部分(产量4×4=16件,每个大小12×12)。现在从 4 个角块和 4 个中心块中取出所有概率,然后将其均匀地放入其他 8 个块中。

  3. Y=2|X|1.

在每种情况下,变量都是不相关的,但不是独立的(例如,如果X=1, 什么是P(0.1<Y<0.1)?)

每个案例的双变量分布图

如果您指定某些具有均匀边距的特定双变量分布族,则在该公式下,唯一不相关的分布可能是独立的。那么不相关就意味着独立。

例如,如果您将注意力限制在说高斯 copula,那么我认为唯一不相关的一个具有独立的边距;您可以轻松地重新缩放,以便每个边距都在 (-1,1) 上。


一些用于从这些双变量中采样和绘制的 R 代码(不一定有效):

    n <- 100000
    x <- runif(n,-1,1)
    b <- rbinom(n,1,.5)*2-1
    y1 <-b*x
    y2 <-ifelse(0.5<abs(x)&abs(x)<1,
           runif(n,-.5,.5),
           runif(n,0.5,1)*b
          )
    y3 <- 2*abs(x)-1

    par(mfrow=c(1,3))
    plot(x,y1,pch=16,cex=.3,col=rgb(.5,.5,.5,.5))
    plot(x,y2,pch=16,cex=.5,col=rgb(.5,.5,.5,.5))
    abline(h=c(-1,-.5,0,.5,1),col=4,lty=3)
    abline(v=c(-1,-.5,0,.5,1),col=4,lty=3)
    plot(x,y3,pch=16,cex=.3,col=rgb(.5,.5,.5,.5))

(在这个公式中,(Y2,Y3)给出第四个例子)

[顺便说一下,通过将所有这些转换为常态(即转换XΦ1(12(X+1))等等),你会得到不相关的不独立的正态随机变量的例子。他们自然不是共同正常的。]