中上分布

CHI分布的推广。形状参数为 \(\nu>0.\) 支持是 \(x\geq0.\)

\BEGIN{eqnarray*} F\Left(x;\nu\Right)&=&\frac{2\nu^{\nu}}{\Gamma\left(\nu\right)}x^{2\nu-1}\exp\left(-\nu x^{2}\Right)\\ F\Left(x;\nu\Right)&=&\frac{\Gamma\Left(\nu,\nu x^{2}\Right)}{\Gamma\Left(\nu\Right)}\\ g\Left(q;\nu\Right)&=&\sqrt{\frac{1}{\nu}\Gamma^{-1}\Left(\nu,Q{\Gamma\Left(\nu\Right)}\Right)} \end{eqnarray*}

哪里 \(\gamma\) 是较低的不完全伽马函数, \(\gamma\left(\nu, x\right) = \int_0^x t^{{\nu-1}} e^{{-t}} dt\)

\begin{eqnarray*} \mu & = & \frac{\Gamma\left(\nu+\frac{1}{2}\right)}{\sqrt{\nu}\Gamma\left(\nu\right)}\\ \mu_{2} & = & \left[1-\mu^{2}\right]\\ \gamma_{1} & = & \frac{\mu\left(1-4v\mu_{2}\right)}{2\nu\mu_{2}^{3/2}}\\ \gamma_{2} & = & \frac{-6\mu^{4}\nu+\left(8\nu-2\right)\mu^{2}-2\nu+1}{\nu\mu_{2}^{2}} \end{eqnarray*}

实施: scipy.stats.nakagami

中上分布在SciPy中的最大似然估计 (nakagami.fit )

的概率密度函数 nakagami 在SciPy中的分布是

\BEGIN{公式} F(x;\nu,\u,\sigma)=2\frac{\nu^\nu}{\sigma\Gamma(\nu)}\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right)^{2\nu-1}\EXP\Left(-\nu\Left(\frac{x-\u}{\sigma}\Right)^2\Right),\标记{1} \end{公式}

\(x\) 这样一来, \(\frac{{x-\mu}}{{\sigma}} \geq 0\) ,在哪里 \(\nu \geq \frac{{1}}{{2}}\) 是Shape参数, \(\mu\) 是位置,并且 \(\sigma\) 就是规模。

因此,对数似然函数

\BEGIN{公式} L(\nu,\u,\sigma)=\sum_{i=1}^{N}\log\Left(2\frac{\nu^\nu}{\sigma\Gamma(\nu)}\left(\frac{x_i-\mu}{\sigma}\right)^{2\nu-1}\EXP\Left(-\nu\Left(\frac{x_i-\µ}{\sigma}\Right)^2\Right),\Tag{2} \end{公式}

它可以扩展为

\BEGIN{公式} L(\nu,\µ,\sigma)=N\log(2)+N\nu\log(\nu)-N\log\Left(\Gamma(\nu)\right)-2N\nu\log(\sigma)+\Left(2\nu-1\right)\sum_{i=1}^N\log(x_i-\u)-\nu\sigma^{-2}\sum_{i=1}^N\Left \end{公式}

去掉支持约束,似然导数的最优性的一阶条件给出了参数的估计:

\BEGIN{ALIGN} \frac{\Partial l}{\Partial\nu}(\nu,\u,\sigma)&=N\Left(1+\log(\nu)-\psi^{(0)}(\nu)\right)+2\sum_{i=1}^N\log\Left(\frac{x_i-\mu}{\sigma}\right)-\sum_{i=1}^N\Left(\frac{x_i-\u \text{,}\标记{4}\\ \frac{\part l}{\part\mu}(\nu,\u,\sigma)&=(1-2\nu)\sum_{i=1}^N\frac{1}{x_i-\u}+\frac{2\nu}{\sigma^2}\sum_{i=1}^N x_i-\mu=0 \text{,and}\标记{5}\\ FRAC{\PARTIAL l}{\PARTIAL\SIGMA}(\nu,\MU,\SIGMA)&=-2\nN\FRAC{1}{\Sigma}+2\nu\Sigma^{-3}\sum_{i=1}^N\Left(x_i-\Mu\Right)^2=0 \text{,}\标记{6} \end{对齐}

哪里 \(\psi^{{(0)}}\) 是阶次多元伽马函数 \(0\) ;即 \(\psi^{{(0)}}(\nu) = \frac{{d}}{{d\nu}} \log \Gamma(\nu)\)

但是,支持该分布的值是 \(x\) 为此, \(\frac{{x-\mu}}{{\sigma}} \geq 0\) ,这提供了一个额外的约束,

\BEGIN{公式} \Mu\leq\min_i{x_i}。\标记{7} \end{公式}

\(\nu = \frac{{1}}{{2}}\) ,对数似然关于…的偏导数 \(\mu\) 减少到:

\BEGIN{公式} FRAC{\PARTIAL l}{\PARTIAL\MU}(\nu,\MU,\sigma)={\sigma^2}\sum_{i=1}^N(x_i-\Mu), \end{公式}

其在满足支承约束时为正。因为关于的偏导数 \(\mu\) 是积极的,不断增加的 \(\mu\) 增加对数似然,因此约束在 \(\mu\)

\BEGIN{公式} \mu=\min_i{x_i},\quad\nu=\frac{1}{2}。\标记{8} \end{公式}

\(\nu\) 足够大于 \(\frac{{1}}{{2}}\) ,似然方程 \(\frac{{\partial l}}{{\partial \mu}}(\nu, \mu, \sigma)=0\) 有一个解决方案,并且这个解决方案提供了如下的最大似然估计 \(\mu\) 。然而,在任何一种情况下,条件 \(\mu = \min_i{{x_i}}\) 为数值优化提供了合理的初始猜测。

此外,还给出了最小二乘似然方程 \(\sigma\) 可以显式求解,并且它提供了最大似然估计

\BEGIN{公式} \sigma=\sqrt{\frac{\sum_{i=1}^N\Left(x_i-\mu\right)^2}{N}}。\标记{9} \end{公式}

因此, _fitstart 一种新的生产方法 nakagami 用途

\BEGIN{ALIGN} \MU_0&=\min_i{x_i}\, \text{and}\\ \Sigma_0&=\sqrt{\frac{\sum_{i=1}^N\Left(x_i-\mu0\right)^2}{N}} \end{对齐}

作为相应的数值优化的初始猜测。