o sredniej statystycznej -...

74
Od średniej w modelu gaussowskim do kwantyli w podstawowym modelu nieparametrycznym IMPAN 1.X.2009 Rozszerzona wersja wykladu: O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Mlodych Matematyków Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka Kraków, 20–26 IX 2009 r. Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Mlodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Upload: others

Post on 20-Aug-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Od średniej w modelu gaussowskimdo kwantyli w podstawowym modelu nieparametrycznym

IMPAN 1.X.2009

Rozszerzona wersja wykładu:

O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Ryszard Zieliński

XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych MatematykówRachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka

Kraków, 20–26 IX 2009 r.

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 2: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

WYNIKI OBSERWACJI

X1, X2, . . . , Xn

Model statystyczny: Xi = µ+ εi , i = 1, 2, . . . , n

-1 0 1 2 3 4 5

0.10.20.30.4

.....................................................................

.............................

............................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................•µ

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 3: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

WYNIKI OBSERWACJI

X1, X2, . . . , Xn

Model statystyczny: Xi = µ+ εi , i = 1, 2, . . . , n

-1 0 1 2 3 4 5

0.10.20.30.4

.....................................................................

.............................

............................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................•µ

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 4: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

WYNIKI OBSERWACJI

X1, X2, . . . , Xn

Model statystyczny: Xi = µ+ εi , i = 1, 2, . . . , n

-1 0 1 2 3 4 5

0.10.20.30.4

.....................................................................

.............................

............................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................•µ

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 5: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

UŚREDNIENIE

X =1n

n∑j=1

Xj

-1 0 1 2 3 4 5

0.10.20.30.4

.....................................................................

.............................

............................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................•µ•X

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 6: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

UŚREDNIENIE

X =1n

n∑j=1

Xj

-1 0 1 2 3 4 5

0.10.20.30.4

.....................................................................

.............................

............................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................•µ•X

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 7: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

UZASADNIENIE

średnia X minimalizuje względem µ funkcję∑nj=1(Xi − µ)2

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 8: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

astronomia, metrologia, geodezja, ...

ROZKŁAD NORMALNY N(µ, σ2)

ϕ(x) =1

σ√

2πexp

{− 1

2

(x − µσ

)2 }

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 9: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Funkcja charakterystyczna rozkładu normalnego N(µ, σ):

φX (t) = exp{iµt − 12σ2t2}

Funkcja charakterystyczna średniej X =∑nj=1 Xj/n:

φX (t) = exp{iµt − 12

(σ2

n

)t2}

Inne rozkłady?

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 10: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Funkcja charakterystyczna rozkładu normalnego N(µ, σ):

φX (t) = exp{iµt − 12σ2t2}

Funkcja charakterystyczna średniej X =∑nj=1 Xj/n:

φX (t) = exp{iµt − 12

(σ2

n

)t2}

Inne rozkłady?

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 11: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Rozkłady o trochę tłuściejszych ogonach:

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

0.1

0.2

0.3

0.4

..............................................................

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

....................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 12: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

TŁUSTE OGONY

- rozmiar finansowej odpowiedzialności ubezpieczycielaw związku z wypadkami losowymi jego klientów przy ubezpieczeniuOC, AC oraz od wypadków przy pracy

- wielkość plików przesyłanych w internecie

- pojemność złóż ropy naftowej

- rozmiary osiedli ludzkich

- tzw. zwroty w operacjach giełdowych

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 13: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

TŁUSTE OGONY

- rozmiar finansowej odpowiedzialności ubezpieczycielaw związku z wypadkami losowymi jego klientów przy ubezpieczeniuOC, AC oraz od wypadków przy pracy

- wielkość plików przesyłanych w internecie

- pojemność złóż ropy naftowej

- rozmiary osiedli ludzkich

- tzw. zwroty w operacjach giełdowych

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 14: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

TŁUSTE OGONY

- rozmiar finansowej odpowiedzialności ubezpieczycielaw związku z wypadkami losowymi jego klientów przy ubezpieczeniuOC, AC oraz od wypadków przy pracy

- wielkość plików przesyłanych w internecie

- pojemność złóż ropy naftowej

- rozmiary osiedli ludzkich

- tzw. zwroty w operacjach giełdowych

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 15: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

TŁUSTE OGONY

- rozmiar finansowej odpowiedzialności ubezpieczycielaw związku z wypadkami losowymi jego klientów przy ubezpieczeniuOC, AC oraz od wypadków przy pracy

- wielkość plików przesyłanych w internecie

- pojemność złóż ropy naftowej

- rozmiary osiedli ludzkich

- tzw. zwroty w operacjach giełdowych

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 16: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

TŁUSTE OGONY

- rozmiar finansowej odpowiedzialności ubezpieczycielaw związku z wypadkami losowymi jego klientów przy ubezpieczeniuOC, AC oraz od wypadków przy pracy

- wielkość plików przesyłanych w internecie

- pojemność złóż ropy naftowej

- rozmiary osiedli ludzkich

- tzw. zwroty w operacjach giełdowych

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 17: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

ROZKŁAD CAUCHY’EGO (Lorenza, Breita-Wignera) Ca(µ, λ)

g(y) =1π

λ

λ2 + (y − µ)2, G (y) =

12

+1πarctg

y − µλ

Funkcja charakterystyczna:

φY (t) = exp{iµt − |λt|}

Funkcja charakterystyczna średniej Y =∑nj=1 Yj/n:

φY (t) = exp{iµt − |λt|}

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 18: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

ROZKŁAD CAUCHY’EGO (Lorenza, Breita-Wignera) Ca(µ, λ)

g(y) =1π

λ

λ2 + (y − µ)2, G (y) =

12

+1πarctg

y − µλ

Funkcja charakterystyczna:

φY (t) = exp{iµt − |λt|}

Funkcja charakterystyczna średniej Y =∑nj=1 Yj/n:

φY (t) = exp{iµt − |λt|}

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 19: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

ROZKŁAD CAUCHY’EGO (Lorenza, Breita-Wignera) Ca(µ, λ)

g(y) =1π

λ

λ2 + (y − µ)2, G (y) =

12

+1πarctg

y − µλ

Funkcja charakterystyczna:

φY (t) = exp{iµt − |λt|}

Funkcja charakterystyczna średniej Y =∑nj=1 Yj/n:

φY (t) = exp{iµt − |λt|}

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 20: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

ROZKŁAD CAUCHY’EGO

ROZKŁAD ŚREDNIEJ ARYTMETYCZNEJ Z PRÓBYJEST TAKI SAM JAK

ROZKŁAD POJEDYNCZEJ OBSERWACJI

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 21: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Ogólniej:

SYMETRYCZNE ROZKŁADY α-STABILNE

exp{iµt − |λt|α}

(exp{iµ t

n− |λ tn|α})n

= exp{iµt − |n1/α−1λt|α}

α=2 – rozkład normalny; α=1 – rozkład Cauchy’ego

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 22: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Ogólniej:

SYMETRYCZNE ROZKŁADY α-STABILNE

exp{iµt − |λt|α}

(exp{iµ t

n− |λ tn|α})n

= exp{iµt − |n1/α−1λt|α}

α=2 – rozkład normalny; α=1 – rozkład Cauchy’ego

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 23: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

-1 0 1 2 3 4 5

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

.....................................................................................

.................................

...........................

..........................

..............................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

— rozkÃlad pojedynczej obserwacji

— rozkÃlad sredniej

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 24: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

MEDIANA

Mediana M minimalizuje względem µ funkcję∑nj=1 |Xi − µ|

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 25: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

MEDIANA

Próba: X1, X2, . . . , Xn

Statystyki pozycyjne: X1:n, X2:n, . . . , Xn:n

X1:n ¬ X2:n ¬ . . . ¬ Xn:n

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 26: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

MEDIANA

Wyniki obserwacji: X1, X2, . . . , X2n+1

Mediana z próby: Xn+1:2n+1

(2n + 1)!

(n!)2

(F (x)[1− F (x)]

)nf (x)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 27: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

-1 0 1 2 3 4 5

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................

..............................................

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

µ = 2

n=25

n=5

n=1

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 28: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby X1,X2, . . . ,Xn

Mn =

12

(X n2 :n

+ X n2+1:n

), jeżeli n jest parzyste,

X[ n+12 ]:n, jeżeli n jest nieparzyste

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 29: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Efektywność mediany w rozkładzie N(0, 1)

e(n) =Var(X n)Var(Mn)

n e(n)1 1.0002 1.0003 0.7434 0.8385 0.6976 0.7767 0.6798 0.7439 0.669

10 0.723

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 30: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Efektywność mediany w rozkładzie N(0, 1)

e(n) =Var(X n)Var(Mn)

n e(n)1 1.0002 1.0003 0.7434 0.8385 0.6976 0.7767 0.6798 0.7439 0.669

10 0.723

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 31: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Efektywność mediany w rozkładzie U(0, 1)

n e(n)1 1.0002 1.0003 0.5564 0.6255 0.4676 0.5197 0.4298 0.4699 0.407

10 0.440

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 32: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Efektywność mediany w rozkładzie U(0, 1)

n e(n)1 1.0002 1.0003 0.5564 0.6255 0.4676 0.5197 0.4298 0.4699 0.407

10 0.440

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 33: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Szacowanie µ w rozkładzie normalnym:

X ± 2σ√nlub X ± 2S

Szacowanie µ w symetrycznym rozkładzie α-stabilnym (ogólniej?):

Mediana z próby ± ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 34: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Szacowanie µ w rozkładzie normalnym:

X ± 2σ√nlub X ± 2S

Szacowanie µ w symetrycznym rozkładzie α-stabilnym (ogólniej?):

Mediana z próby ± ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 35: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby parzystej jest najczęściej definiowana jako średniaarytmetyczna dwóch środkowych obserwacji

Ogólniej: liniowy estymator kwantyla rzędu q (L-statystyka)

c1X1:n + c2X2:n + . . .+ cnXn:n

Efektywne konstrukcje w modelach z parametrem położenia

Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

Estymacja kwantyla ? Niesymetryczne F, V@R

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 36: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby parzystej jest najczęściej definiowana jako średniaarytmetyczna dwóch środkowych obserwacji

Ogólniej: liniowy estymator kwantyla rzędu q (L-statystyka)

c1X1:n + c2X2:n + . . .+ cnXn:n

Efektywne konstrukcje w modelach z parametrem położenia

Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

Estymacja kwantyla ? Niesymetryczne F, V@R

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 37: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby parzystej jest najczęściej definiowana jako średniaarytmetyczna dwóch środkowych obserwacji

Ogólniej: liniowy estymator kwantyla rzędu q (L-statystyka)

c1X1:n + c2X2:n + . . .+ cnXn:n

Efektywne konstrukcje w modelach z parametrem położenia

Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

Estymacja kwantyla ? Niesymetryczne F, V@R

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 38: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby parzystej jest najczęściej definiowana jako średniaarytmetyczna dwóch środkowych obserwacji

Ogólniej: liniowy estymator kwantyla rzędu q (L-statystyka)

c1X1:n + c2X2:n + . . .+ cnXn:n

Efektywne konstrukcje w modelach z parametrem położenia

Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

Estymacja kwantyla ? Niesymetryczne F, V@R

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 39: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby parzystej jest najczęściej definiowana jako średniaarytmetyczna dwóch środkowych obserwacji

Ogólniej: liniowy estymator kwantyla rzędu q (L-statystyka)

c1X1:n + c2X2:n + . . .+ cnXn:n

Efektywne konstrukcje w modelach z parametrem położenia

Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

Estymacja kwantyla ?

Niesymetryczne F, V@R

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 40: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby parzystej jest najczęściej definiowana jako średniaarytmetyczna dwóch środkowych obserwacji

Ogólniej: liniowy estymator kwantyla rzędu q (L-statystyka)

c1X1:n + c2X2:n + . . .+ cnXn:n

Efektywne konstrukcje w modelach z parametrem położenia

Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

Estymacja kwantyla ? Niesymetryczne F,

V@R

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 41: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Mediana z próby parzystej jest najczęściej definiowana jako średniaarytmetyczna dwóch środkowych obserwacji

Ogólniej: liniowy estymator kwantyla rzędu q (L-statystyka)

c1X1:n + c2X2:n + . . .+ cnXn:n

Efektywne konstrukcje w modelach z parametrem położenia

Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

Estymacja kwantyla ? Niesymetryczne F, V@R

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 42: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Liniowy estymator nieobciążony o minimalnej wariancji:

C = M−1R(RTM−1R

)−1(F−1(q)1

)

R =

EFX1:n 1. . . . . .EFXn:n 1

, Mi ,j = CovF (Xi :n,Xj :n)

Minimalna wariancja:

VarL(q, n) =

(F−1(q)

1

)T (RTM−1R

)−1(F−1(q)1

)

VarL(q, n + 1) < VarL(q, n) ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 43: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Liniowy estymator nieobciążony o minimalnej wariancji:

C = M−1R(RTM−1R

)−1(F−1(q)1

)

R =

EFX1:n 1. . . . . .EFXn:n 1

, Mi ,j = CovF (Xi :n,Xj :n)

Minimalna wariancja:

VarL(q, n) =

(F−1(q)

1

)T (RTM−1R

)−1(F−1(q)1

)

VarL(q, n + 1) < VarL(q, n) ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 44: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Liniowy estymator nieobciążony o minimalnej wariancji:

C = M−1R(RTM−1R

)−1(F−1(q)1

)

R =

EFX1:n 1. . . . . .EFXn:n 1

, Mi ,j = CovF (Xi :n,Xj :n)

Minimalna wariancja:

VarL(q, n) =

(F−1(q)

1

)T (RTM−1R

)−1(F−1(q)1

)

VarL(q, n + 1) < VarL(q, n) ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 45: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Przykład:

Estymacja kwantyla rzędu q rozkładu normalnego:

(VarUMVU(q, 5),VarL(q, 5)) =

=

0.2000, 0.20000.2599, 0.26070.4164, 0.41900.9131, 0.92151.4583, 1.47322.0225, 2.0440

dla q =

0.50.750.9

0.990.999

0.9999

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 46: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Przykład:

Estymacja mediany rozkładu Cauchy’ego:

c3X3:n + c4X4:n + . . .+ cn−2Xn−2:n

Liniowy estymator nieobciążony o minimalnej wariancji:

C = M−1R(RTM−1R

)−1(01

)

R =

EFX3:n 1. . . . . .

EFXn−2:n 1

Mi ,j = CovF (Xi :n,Xj :n)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 47: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

BŁĄD OSZACOWANIA:

Szacowanie µ w rozkładzie normalnym:

X ± 2σ√nlub X ± 2S

Szacowanie µ w symetrycznym rozkładzie α-stabilnym (ogólniej?):

Mediana z próby ± ???

Szacowanie µ w modelu z parametrem położenia

L− statystyka ± ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 48: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

BŁĄD OSZACOWANIA:

Szacowanie µ w rozkładzie normalnym:

X ± 2σ√nlub X ± 2S

Szacowanie µ w symetrycznym rozkładzie α-stabilnym (ogólniej?):

Mediana z próby ± ???

Szacowanie µ w modelu z parametrem położenia

L− statystyka ± ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 49: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

”Duży model nieparametryczny”:

rodzina F wszystkich rozkładów o ciągłych i ściśle rosnącychdystrybuantach na prostej

Mediana z próby pochodzącej z rozkładu F jako estymatormediany m(F ) tego rozkładu

Twierdzenie. Dla każdego C > 0 istnieje taki rozkład F ∈ F , że∣∣∣∣∣MedF(X n2 :n

+ X n2+1:n

2

)−m(F )

∣∣∣∣∣ > C

TWIERDZENIE JEST PRAWDZIWE DLA WSZYSTKICHNIETRYWIALNYCH L-STATYSTYK !

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 50: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

”Duży model nieparametryczny”:

rodzina F wszystkich rozkładów o ciągłych i ściśle rosnącychdystrybuantach na prostej

Mediana z próby pochodzącej z rozkładu F jako estymatormediany m(F ) tego rozkładu

Twierdzenie. Dla każdego C > 0 istnieje taki rozkład F ∈ F , że∣∣∣∣∣MedF(X n2 :n

+ X n2+1:n

2

)−m(F )

∣∣∣∣∣ > C

TWIERDZENIE JEST PRAWDZIWE DLA WSZYSTKICHNIETRYWIALNYCH L-STATYSTYK !

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 51: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

”Duży model nieparametryczny”:

rodzina F wszystkich rozkładów o ciągłych i ściśle rosnącychdystrybuantach na prostej

Mediana z próby pochodzącej z rozkładu F jako estymatormediany m(F ) tego rozkładu

Twierdzenie. Dla każdego C > 0 istnieje taki rozkład F ∈ F , że∣∣∣∣∣MedF(X n2 :n

+ X n2+1:n

2

)−m(F )

∣∣∣∣∣ > C

TWIERDZENIE JEST PRAWDZIWE DLA WSZYSTKICHNIETRYWIALNYCH L-STATYSTYK !

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 52: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

”Duży model nieparametryczny”:

rodzina F wszystkich rozkładów o ciągłych i ściśle rosnącychdystrybuantach na prostej

Mediana z próby pochodzącej z rozkładu F jako estymatormediany m(F ) tego rozkładu

Twierdzenie. Dla każdego C > 0 istnieje taki rozkład F ∈ F , że∣∣∣∣∣MedF(X n2 :n

+ X n2+1:n

2

)−m(F )

∣∣∣∣∣ > C

TWIERDZENIE JEST PRAWDZIWE DLA WSZYSTKICHNIETRYWIALNYCH L-STATYSTYK !

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 53: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Duży model nieparametryczny FRodzina wszystkich rozkładów o ciągłych i ściśle rosnących dystrybuantach

Jeżeli X ma rozkład F z rodziny F i jeżeli g : R1 → R1 jestprzekształceniem monotonicznym, to zmienna losowa g(X ) też marozkład z rodziny F

Jeżeli X ma rozkład F ∈ F z medianą m(F ) i jeżeli g : R1 → R1jest przekształceniem monotonicznym, to zmienna losowa g(X ) marozkład z medianą g(m(F )).

Jeżeli X ma rozkład F ∈ F z kwantylem xq(F ) rzędu q i jeżelig : R1 → R1 jest przekształceniem monotonicznym, to zmiennalosowa g(X ) rozkład z kwantylem rzędu q równym g(xq(F )).

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 54: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Duży model nieparametryczny FRodzina wszystkich rozkładów o ciągłych i ściśle rosnących dystrybuantach

Jeżeli X ma rozkład F z rodziny F i jeżeli g : R1 → R1 jestprzekształceniem monotonicznym, to zmienna losowa g(X ) też marozkład z rodziny F

Jeżeli X ma rozkład F ∈ F z medianą m(F ) i jeżeli g : R1 → R1jest przekształceniem monotonicznym, to zmienna losowa g(X ) marozkład z medianą g(m(F )).

Jeżeli X ma rozkład F ∈ F z kwantylem xq(F ) rzędu q i jeżelig : R1 → R1 jest przekształceniem monotonicznym, to zmiennalosowa g(X ) rozkład z kwantylem rzędu q równym g(xq(F )).

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 55: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Duży model nieparametryczny FRodzina wszystkich rozkładów o ciągłych i ściśle rosnących dystrybuantach

Jeżeli X ma rozkład F z rodziny F i jeżeli g : R1 → R1 jestprzekształceniem monotonicznym, to zmienna losowa g(X ) też marozkład z rodziny F

Jeżeli X ma rozkład F ∈ F z medianą m(F ) i jeżeli g : R1 → R1jest przekształceniem monotonicznym, to zmienna losowa g(X ) marozkład z medianą g(m(F )).

Jeżeli X ma rozkład F ∈ F z kwantylem xq(F ) rzędu q i jeżelig : R1 → R1 jest przekształceniem monotonicznym, to zmiennalosowa g(X ) rozkład z kwantylem rzędu q równym g(xq(F )).

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 56: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Postulat pod adresem estymatora mediany (kwantyla):

Jeżeli T jest nieobciążonym estymatorem mediany (kwantylarzędu q) zmiennej losowej X , to g(T ) jest nieobciążonymestymatorem mediany (kwantyla rzędu q) zmiennej losowej g(X )

Nieobciążony ?

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 57: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Postulat pod adresem estymatora mediany (kwantyla):

Jeżeli T jest nieobciążonym estymatorem mediany (kwantylarzędu q) zmiennej losowej X , to g(T ) jest nieobciążonymestymatorem mediany (kwantyla rzędu q) zmiennej losowej g(X )

Nieobciążony ?

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 58: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Estymacja kwantyla xq(F ) rzędu q rozkładu F .

Konstrukcja medianowo nieobciążonego estymatorao maksymalnej koncentracji:

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 59: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

..............................

...............

...............

...............

...............

...............

...............

...............

...............

...............

...............

...............

...............

...............

..............................

............... ............... ............... ............... ............... ...............

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

.......................................................................

0

1

xq

0.5

x

P{T ≤ x}

1

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 60: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Definiujemy

πk(q) = PF{Xk:n ¬ xq(F )} =n∑j=k

(nj

)qj(1− q)n−j

Wybieramy k takie, że πk(q) ­ 12 > πk+1(q)

Obliczamy λ∗k =12 − πk+1(q)

πk(q)− πk+1(q)

Medianowo nieobciążony estymator o maksymalnej koncentracjima postać

T ∗ = XJ∗:n, P{J∗=k}=λ∗k , P{J∗=k+1}=1−λ∗k

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 61: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

Estymacja mediany (q = 1/2)

πk

(1

2

)=1

2n

n∑j=k

(nj

)

πm+1

(1

2

)=

1

2, n = 2m + 1,

1

2−1

22m(2mm

), n = 2m

Estymator =

Xm+1, n = 2m + 1

1(0,0.5](R)Xm + 1(0.5,1)(R)Xm+1, n = 2m

R ∼ U(0, 1)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 62: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

BŁĄD OSZACOWANIA

Szacowanie µ w rozkładzie normalnym:

X ± 2σ√nlub X ± 2S

Szacowanie µ w symetrycznym rozkładzie α-stabilnym (ogólniej?):

Mediana z próby ± ???

Szacowanie µ w modelu z parametrem położenia:

L− statystyka ± ???

Szacowanie kwantyla w podstawowym modelu nieparametrycznym:

Nieobciążony estymator o maksymalnej koncentracji± ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 63: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

BŁĄD OSZACOWANIA

Szacowanie µ w rozkładzie normalnym:

X ± 2σ√nlub X ± 2S

Szacowanie µ w symetrycznym rozkładzie α-stabilnym (ogólniej?):

Mediana z próby ± ???

Szacowanie µ w modelu z parametrem położenia:

L− statystyka ± ???

Szacowanie kwantyla w podstawowym modelu nieparametrycznym:

Nieobciążony estymator o maksymalnej koncentracji± ???

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 64: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 65: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny

• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 66: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)

• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 67: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane

• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 68: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 69: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 70: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 71: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracji

Teoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 72: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 73: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA

;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Page 74: O SREDNIEJ STATYSTYCZNEJ - wojtek.zielinski.statystyka.infowojtek.zielinski.statystyka.info/Moj_ojciec/public_html/Krak_IMPAN.pdf · e(n) = Var(X n) Var(M n) n e(n) 11.000 21.000

PODSUMOWANIE

• Rozkład normalny• Symetryczne rozkłady α-stabilne (rozkłady symetryczne)• Modele statystyczne z parametrem położenia:

X = µ+ ε, µ nieznane, ε ∼ F , F znane• Modele statystyczne z parametrami położenia i skali, skalanieznana

• Model nieparametryczny: rodzina wszystkich rozkładów, któremają pierwszy (dwa pierwsze) momenty

• Podstawowy model nieparametryczny: rodzina wszystkichrozkładów o ciągłych i ściśle rosnących (lokalnie) dystrybuantach

Estymatory medianowo nieobciążone o maksymalnej koncentracjiTeoria ENMW, MSE, MAD, ...

BŁĄD OSZACOWANIA;)

Ryszard Zieliński XII Międzynarodowe Warsztaty dla Młodych Matematyków”Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka”Kraków, 20–26 IX 2009 r.O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ