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Var(x)

Var(x)

Var(x)定义为机率密度函式f的二阶矩,给出了x的方差。方差(英语:Variance),套用数学里的专有名词。在机率论和统计学中,一个随机变数的方差描述的是它的离散程度,也就是该变数离其期望值的距离。一个实随机变数的方差也称为它的二阶矩或二阶中心动差,恰巧也是它的二阶累积量。这里把複杂说白了,就是将各个误差将之平方(而非取绝对值,使之肯定为正数),相加之后再除以总数,透过这样的方式来算出各个数据分布、零散(相对中心点)的程度。继续延伸的话,方差的正平方根称为该随机变数的标準差(此为相对各个数据点间)。

基本介绍

  • 中文名:方差
  • 外文名:Variance

定义

设X为服从分布F的随机变数, 如果E[X]是随机变数X的期望值(平均数μ=E[X])
随机变数X或者分布F的方差为:
这个定义涵盖了连续、离散、或两者都有的随机变数。方差亦可当作是随机变数与自己本身的协方差(或协方差):
方差典型的标记有Var(X), 
, 或是{\displaystyle \sigma ^{2}},其表示式可展开成为:
上述的表示式可记为"平方的期望减掉期望的平方"。

离散随机变数

如果随机变数X是具有机率质量函式的离散机率分布x1p1,...,xnpn,则:
此处
是其期望值, i.e.
X为有N个相等机率值的平均分布:
N个相等机率值的方差亦可以点对点间的方变数表示为:

连续型随机变数

如果随机变数X是连续分布,并对应至机率密度函式f(x),则其方差为:
此处
是一期望值,
且此处的积分为以X为範围的x定积分(definite integral)
如果一个连续分布不存在期望值,如柯西分布(Cauchy distribution),也就不会有方差(不予定义)。

特性

方差不会是负的,因为次方计算为正的或为零:
一个常数随机变数的方差为零,且当一个资料集的方差为零时,其内所有项目皆为相同数值:
方差不变于定位参数的变动。也就是说,如果一个常数被加至一个数列中的所有变数值,此数列的方差不会改变:
如果所有数值被放大一个常数倍,方差会放大此常数的平方倍:
两个随机变数合的方差为:
此数Cov(., .)代表协方差。
对于 N个随机变数
的总和:
在样本空间Ω上存在有限期望和方差的随机变数构成一个希尔伯特空间: L(Ω, dP),不过这里的内积和长度跟协方差,标準差还是不大一样。 所以,我们得把这个空间“除”常变数构成的子空间,也就是说把相差一个常数的 所有原来那个空间的随机变数做成一个等价类。这还是一个新的无穷维线性空间, 并且有一个从旧空间内积诱导出来的新内积,而这个内积就是协方差。

一般化

如果X是一个向量其取值範围在实数空间R,并且其每个元素都是一个一维随机变数,我们就把X称为随机向量。随机向量的方差是一维随机变数方差的自然推广,其定义为E[(X− μ)(X− μ)],其中μ = E(X),XX的转置。这个方差是一个非负定的方阵,通常称为协方差矩阵。
如果X是一个複数随机变数的向量(向量中每个元素均为複数的随机变数),那幺其方差定义则为E[(X− μ)(X− μ)],其中XX的共轭转置向量或称为埃尔米特向量。根据这个定义,方差为实数。

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