Box-Muller -menetelmän todistus

Tässä haluamme osoittaa, että Box-Muller-menetelmä tuottaa parin riippumattomat vakio-Gaussin satunnaismuuttujat . Mutta en ymmärrä, miksi käytämme determinanttia? Minulle, kun sinulla on kaksi riippumatonta muuttujaa, niveltiheystoiminto on vain kahden tiheysfunktion tulo. Joku voi selittää minulle determinantin merkityksen tässä? Ole hyvä.

kirjoita kuvan kuvaus tähän

kommentit

  • Muuttujien " muutos " liittyy siirtymiseen X: stä Y: hen, ja siksi kertoa muunnoksen jakobilaisella muunnoksella, joka on edellä kuvattu tekijä. Katso esimerkiksi ehdotus 8 täältä math.uah.edu/stat/dist/Transformations.html
  • Ok, ymmärrän kiitos Alex vastauksestasi.

Vastaa

Olkoon $ Z = \ sqrt {-2 \ ln (X_1)} $, Meillä on

\ begin {tasaus} \ mathbb {P} \ vasen [Z \ leq z \ right] = \ mathbb { P} \ vasen [-2 \ ln (X_1) \ leq z ^ 2 \ oikea] = \ mathbb {P} \ vasen [\ ln (X_ 1) \ geq – \ frac {z ^ 2} {2} \ right] = 1 – \ mathbb {P} \ biggl [X_1 < \ exp \ left (- \ frac {z ^ 2} {2} \ right) \ biggr] \, \ end {align} $ X_1 $ on määritelty yhtenäisesti $ [0, 1] $: ssa, siksi $$ \ mathbb {P} [Z \ leq z] = 1 – \ int_0 ^ {\ exp (-z ^ 2/2)} \, dt = 1 – \ exp \ vasen (- \ frac {z ^ 2} {2} \ oikea). $$ Todellakin $$ f_Z (z) = \ aloita {tapaukset} \ exp \ vasen (- \ frac {z ^ 2} {2} \ oikea), \ quad z > 0 \\ 0 \ qquad \ qquad, \ quad \ text {ow} \ end {cases} $$ anna $ W = 2 \ pi X_2 $. Siksi $ X_2 $ on tasaisesti jaettu dollariin $ [0,1] $, joten $$ f_W (w) = \ begin {cases} \ frac {1} {2 \ pi}, \ quad 0 < w \ le 2 \ pi \\ 0 \, \, \, \ ,, \ quad \ text {ow} \ end {cases} $$ Koska $ X_1 $ ja $ X_2 $ ovat riippumattomia, $ Z $ ja $ W $ tulisi olla riippumattomia. Meillä on $$ f_ {Z, W} (z, w) = f_ {Z} (z) f_ {W} (w) = \ begin {cases} \ frac {1} {2 \ pi} \ exp \ left (- \ frac {z ^ 2} {2} \ oikea), \ quad z > 0 \ quad \ text {ja} \ quad 0 < w \ le 2 \ pi \\ 0 \ qquad \ qquad \ quad \ ,, \ quad \ text {ow} \ end {cases} $$ Määritä funktio $ q: (0, \ infty) \ kertaa ( 0,2 \ pi] \ – \ mathbb {R} ^ 2 $ siten, että $ q (z, w) = (z \ cos (w), z \ sin (w)) $ siis $$ \ mathbb {P} _ {Y_1, Y_2} = \ mathbb {P} _ {Z, W} \ circ q ^ {- 1} $$ toisin sanoen $$ q_ {Y_1, Y_2} (y_1, y_2) = \ frac {f_ { Z, W} (q ^ {- 1} (y_1, y_2))} {| \ det (q ”(q ^ {- 1} (y_1, y_2))) |} $$ voimme näyttää helposti $$ z = \ sqrt {y_1 ^ 2 + y_2 ^ 2} $$ sitten $$ q_ {Y_1, Y_2} (y_1, y_2) = \ frac {1} {2 \ pi} \ exp \ vasen (- \ frac {y_1 ^ 2 + y_2 ^ 2} {2} \ oikea) $$

vastaus

Voidaan nähdä, että $ Y_1 ^ 2 + Y_2 ^ 2 = -2 \ log {X_2} $ ja että $ Y_2 \ yli Y_1 $ $ = \ tan (2 \ pi X_1) $ .

Siksi $ X_1 = {1 \ yli {2 \ pi}} {\ arctan {Y_2 \ yli Y_1}} $ ja $ X_2 = \ exp {- (Y_1 ^ 2 + Y_2 ^ 2) \ yli 2} $ .

Erotuksen saaminen $ dX_1 = {1 \ yli {2 \ pi}} {{- Y_2dY_1 + Y_1dY_2} \ yli {Y_1 ^ 2 + Y_2 ^ 2}} $ .

Vastaavasti $ dX_2 = {\ exp {- {Y_1 ^ 2 + Y_2 ^ 2} \ yli 2} (Y_1 dY_1 + Y_2dY_2)} $ .

Siksi Jacobian $ \ mathbb J $$ ({{X_1, X_2} \ yli {Y_1, Y_2}}) $ = $ 1 \ yli {2 \ pi} $ $ \ exp {- (Y_1 ^ 2 + Y_2 ^ 2) \ yli 2 } $ .

PDF-tiedostoille muodossa $ f_ {X_1, X_2} (x_1, x_2) $ $ \ mathbb J $$ ({{X_1, X_2} \ yli {Y_1, Y_2}}) = $ $ f_ {Y_1, Y_2} (y_1, y_2) $ ,

se antaa $ f_ {Y_1, Y_2} (y_1, y_2) = $ $ \ sqrt {1 \ yli {2 \ pi}} $ $ \ exp {-y_1 ^ 2 \ yli 2} $ $ \ sqrt {1 \ yli {2 \ pi}} $ $ \ exp {-y_1 ^ 2 \ yli 2} $

osoittaa, että $ Y_1, Y_2 $ ovat riippumattomia Gaussin satunnaismuuttujia.

Commen ts

  • $ X_1 $ -välin tulisi olla (0,1), mutta $ X_1 = \ frac {1} {2 \ pi} \ arctan {\ frac {Y_2 } {Y_1}} $ on $ (- \ frac {1} {4}, \ frac {1} {4}) $

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *