随机变量的约束关系——相关性和独立性

一、变量之间约束的种类

1. 无约束

    (完全相互独立)

2. 纯非线性约束

  (有约束,但ρ=0.

      比如Y=X², X²+Y²=1等)

3. 一般约束

    (是非线性约束, 但有线性度ρ∈(-1, 0)∪(0, 1)

      比如Y=X³, Y=lnX等)

4. 纯线性约束

      (Y=kX+b, k≠0,ρ=±1)



二、独立与相关的辨析

1. 独立:两个变量没有任何约束

2. 不独立:两个变量有约束

3. 相关:两个变量存在线性约束

4. 不相关:两个变量没有线性约束


实际中有三种情况

1. 独立不相关:两个变量没有任何约束

2. 不独立不相关:两个变量有约束,但这个约束是完全非线性的。

3. 相关且不独立

    ①一般相关 ρ∈(-1, 0)∪(0, 1):

      两个变量有约束,这个约束是一般约束。

    ②纯线性相关 ρ=±1:

      两个变量有约束,这个约束是纯线性约束。


三、二维正态分布


㈠二维正态下的变量约束


二维正态分布中,两个变量之间不存在纯非线性约束,也就是两个变量的约束只有两种情况:无约束, 一般约束。


可见,二维正态的两个变量,并不存在纯非线性约束和纯线性约束。

        因为不存在纯非线性约束,所以二维正态分布的两个变量不存在既不相关也不独立的情况,也就是,X与Y独立⇔ρ=0

        因为不存在纯线性约束,所以二维正态分布不可能线性相关,也就是ρ≠±1


㈡二维正态下的结论

1. 一维变量的分布

①X, Y各自都服从一维正态

②X, Y的非零线性组合也服从一维正态

2. 二维线性变换的分布

  U=aX+bY, V=cX+dY,

  则(U, V)服从二维正态⇔方阵(a, b/c, d)可逆

3. 相关和独立的特殊关系

    ①X, Y不相关⇔X, Y独立

    ②X, Y不独立⇔ρ∈(-1, 0)∪(0, 1)


㈢一维正态反推二维正态

  已知X, Y服从一维正态分布

1. 若X, Y独立,

    则(X, Y)服从二维正态,且ρ=0

2. 若X, Y不独立,

    则(X, Y)未必服从二维正态

    除非ρ∈(-1, 0)∪(0, 1)

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