信号提取问题:独立正态RV总和中一项的条件期望

机器算法验证 正态分布
2022-03-15 12:58:30

我有一个让我难过的简单统计问题。我有两个独立正态分布的随机变量 X 和 Y:

 X ~ N(0, sigmaX)
 Y ~ N(0, sigmaY).

我观察这两个变量的总和,Z = X+Y,并希望在给定总和的情况下对 X 进行条件期望。一位同事说:“啊,是的,经典的信号提取问题。解决方案是:”

 E[X|X+Y] = (X + Y) * sigmaX / (sigmaX + sigmaY)

这看起来是对的,所以我感谢他,并认为我在家里解决了这个问题。不过,看来我在这里有点生疏了。我可以口头推理为什么这是真的,但不能写下数学。这是真的数学原因是什么?

谢谢大家!

2个回答

如果是零均值独立正态随机变量,方差,则是零均值联合正态变量,其中使得相关系数为 给定的条件分布XY σX2σY2XX+Y=ZσZ2=σX2+σY2cov(X,Z)=cov(X,X+Y)=E[X2]+E[XY]=σX2

ρX,Z=σX2σXσX2+σY2=σXσX2+σY2
XZ=z 是正常的,并且由于所涉及的变量的均值均为零,因此条件均值简化为
zρX,ZσXσZ=zσX2σX2+σY2

它就像线性模型(取),但是你而不是Z=X+ϵϵYXZZX

上的回归斜率,并且,而 .XZcor(X,Z)σX/σZσZ2=σX2+σY2cor(X,Z)=cov(X,Z)/[σXσZ]=σX2/[σXσZ]=σX/σX2+σY2

因此我得到斜率为σX2/(σX2+σY2)

所以,和你一样,只要sigmaXsigmaY被解释为差异。