是否有统一分布的连续版本?

机器算法验证 分布 均匀分布
2022-03-18 05:13:39

均匀分布不可微。是否存在近似均匀分布的可微分布?

2个回答

这是理论数学中的一个常见问题,当您不必担心缺乏可微性时,它有助于分析。标准解决方案,有时称为“柔化”,是将密度与缩放的、以零为中心的、无限可微的密度(通常是紧支撑)进行卷积。通过将比例设置为接近零,您可以使近似值尽可能接近。

一系列柔和的均匀分布图

该图是柔化Uniform的一系列图(0,1)使用具有标准偏差的高斯缓​​和器的密度函数1/4(绿色),1/10(金子),1/25(红色),和0(蓝色:原始统一 PDF)。

很容易证明(使用卷积公式中的部分积分)当柔化器在任何地方都是无限可微的(又名“平滑”)时,柔化函数也是如此。

此类缓和剂家族的存在意味着,对于大多数目的,在考虑分布的属性时,您实际上不必考虑不可微分的密度(甚至是奇异分布,根据定义,它们在任何地方都没有密度)。奇异分布可能确实是“边缘情况”,但可以将它们视为具有平滑密度的分布的极限。


这种方法在统计应用中特别合适,因为柔化分布的许多特性很容易计算。例如,由于缓和器的方差与其尺度的平方成正比,如果我们选择具有单位方差的标准缓和器(如本例所示),则缓和均匀分布的方差等于均匀分布的方差(这里,1/12) 加上刻度的平方。因此,您立即知道具有标准偏差高斯的缓和1/25(如红色曲线所示)只会添加1/(25)2到均匀分布的方差。您可以将标准偏差选择得如此之小,以至于它引起的方差变化对于您的目的而言可以忽略不计。

标准连续均匀分布 U(a,b)分布有一个连续的 CDF,除了其支持的边缘外,所有点都是可微的(在常规意义上),x=a,b. 由于概率论使用Radon-Nikodym 导数定义了密度函数,因此即使在这些端点处,我们仍然可以将值赋给密度函数。

鉴于在概率中使用 Radon-Nikosym 导数,我想不出任何情况下 CDF 缺乏(常规)可微性真的很重要。然而,如果您真的想用具有完全可微分布函数(在常规意义上)的分布来近似均匀分布,您可以用混合分布(例如,均匀分布的正态分布的混合)来近似密度。