生成函数中的“t”是什么?

机器算法验证 可能性 随机变量 时刻 力矩生成函数 特征函数
2022-03-05 06:39:48

我正在研究应用于概率的生成函数(矩生成函数、概率生成函数和特征函数)。我完全了解它们的目的和用途,但我无法掌握定义背后的潜在直觉。有没有办法从任何地方派生函数?我在 mgf 和拉普拉斯变换以及 cf 和傅里叶变换之间看到了某种类比。索引 t 代表什么?

编辑:

我会改写这个问题。正如 Neil G 好心指出的那样,维基百科页面建议矩生成函数是连续随机变量的概率密度函数的双面拉普拉斯变换。专注于mgf,它将是:

Mx(t)=E(etX)

tR

现在,据我所知,拉普拉斯变换可以看作是幂级数的连续模拟。拉普拉斯变换如何提供连续概率密度函数与其矩之间的任何联系?我可以看到,取函数的导数并在处进行评估给出了时刻(如果积分绝对收敛),但为什么呢?t=0

1个回答

从某种意义上说,MGF 只是将一组矩编码为一个方便的函数的一种方式,您可以使用该函数做一些有用的事情。

变量与随机变量没有任何关系。您可以轻松地编写 ...它本质上是一种虚拟变量。除了作为 mgf 的论点之外,它不代表任何东西。tXMX(s)MX(u)

Herbert Wilf [1] 调用生成函数:

一根晾衣绳,我们在上面挂着一系列数字以供展示

将它们挂在哪条晾衣绳上真的无关紧要。另一个也可以。

有没有办法从任何地方派生函数?

将一组矩转换为生成函数的方法不止一种(例如,离散分布具有概率生成函数、矩生成函数、累积生成函数和特征函数,您可以恢复矩(在某些情况下更少)直接比其他人)来自他们中的任何一个。

所以没有一种独特的方法可以将一组时刻编码为一个函数。关于如何设置它是一个选择问题。虽然它们相似(并且自然相关),但有些对于特定类型的任务更方便。

我在 mgf 和拉普拉斯变换以及 cf 和傅里叶变换之间看到了某种类比。

不仅仅是一个类比,至少如果我们考虑双边拉普拉斯变换(我在这里仍将其表示为)。我们看到是(至少直到符号变化)实际上是一个拉普拉斯变换(实际上,考虑,所以它是翻转变量的双边拉普拉斯变换)。一个人可以很容易地从一个转换到另一个,并且非常高兴地在 mgfs 上使用拉普拉斯变换的结果(而且,就此而言,拉普拉斯变换表,如果我们牢记这个符号问题)。类似地,特征函数不仅类似于傅里叶变换,它们LMX(t)=LX(t)LX(t)=LX(t)傅里叶变换(同样,直到参数的符号,除了交换参数的符号对函数的明显影响之外没有任何影响)。

如果傅立叶变换和拉普拉斯变换帮助您了解 mgfs 和 cfs “是”什么,您当然应该利用这些直觉,但另一方面,在操作这些东西时并不总是需要直觉。

事实上,在使用 cfs 时,因为它们始终存在并且是独一无二的,我经常倾向于将它们视为只是通过不同的视角看待的分布。

我可以看到,取函数的导数并在 t=0 处进行评估给出了时刻(如果积分绝对收敛),但为什么呢?

因为我们选择使用的特定生成函数(mgf)被设置为以这种方式工作。为了能够再次从函数中提取矩集,您需要类似的东西——一种消除所有低阶矩(例如微分)并消除所有高阶矩(例如将参数设置为 0)的方法这样您就可以准确地挑选出您需要的那个。为此,您已经需要一些类似于mgf 的东西。同时,如果它有一些其他可以利用的属性(就像我们对随机变量使用的各种生成函数所做的那样),那就太好了,这样可以进一步限制我们的选择集。

[1] Wilf, H. (1994) generatefunctionology
, 2nd ed
Academic Press Inc., San Diego
https://www.math.upenn.edu/~wilf/DownldGF.html