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統計検定学習備忘録 ※条件付き確率は問題文の書き方で定義等の解釈が度々混乱する件(特に連続型)

Last updated at Posted at 2023-12-10

以下の資料の計算はあくまで過去に個人的に確認したもので、公的に査読されていないため、間違っている箇所があれば、遠慮なくご連絡いただけるとありがたいです。

※この記事は途中です


全体の問題のリンクも載せますが、例えば 統計検定2022 統計数理 問3(3) の問題文は以下のようになっていました。


上問〔1〕におけるパラメータ $\lambda$ が上問〔2〕のガンマ分布 $G(\alpha,\beta)$ に従うとき、確率変数 $X$ に関する確率 $P(X=k)$ を求めよ。(※ここで以下のことに注意)


注1: $\lambda$ はポアソン分布のパラメータで〔1〕では「離散型」確率変数 $X$ は従うとしています。すなわち、

f(k)=P(X=k)=\frac{{\lambda}^k}{k!}e^{-\lambda}  (k=0,1,2,・・・)

という式の中で$\lambda$ を使っている。


注2: ガンマ分布 $G(\alpha,\beta)$ は以下の非負の「連続型」確率密度関数に従う確率分布である。

g(\lambda) = \frac{{\beta}^{\alpha}}{\Gamma(\alpha)}{\lambda}^{\alpha-1}e^{-\beta\lambda}       なお、\lambda \geq 0

ただし、 $\alpha、\beta は、\alpha > 0 、\beta > 0$ を満たす実数であり、ここの$\Gamma(\alpha)$ は

\Gamma(\alpha) = \int_{0}^\infty t^{\alpha-1}e^{-t}dt = \lim_{s\to\infty}\int_0^s t^{\alpha-1}e^{-t}dt 

と定義される 関数(※階乗を一般化した関数、ガンマ関数($\Gamma$関数)といいます。なお、$\Gamma$ もギリシャ文字)である。


注3:問題文に書かれていない部分では、$f(k) 、 g(\lambda)$ は定義されていない部分では、恒等的に(べったりずっと)0 であるとして計算を進める必要がある。

※原本
chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://static.toukei-kentei.jp/wp-content/uploads/20230112122939/202211grade1suri-20230112122939-20230112122939.pdf


https://qiita.com/thinking-weed/items/8099d221865afd6db3c6
上記Qiitaのように〔1〕〔2〕までは分かったのですが、〔3〕から以下の問題が出てきて
(-_-;)??何これ日本語??(>。<)ゴホッゴホッみたいな感じです。このQiitaもまだ気持ち悪い。


上問〔1〕におけるパラメータ $\lambda$ が上問〔2〕のガンマ分布 $G(\alpha,\beta)$ に従うとき、確率変数 $X$ に関する確率 $P(X=k)$ を求めよ。(※ここで以下のことに注意)

これ、初見何言ってるかよく分かんなかった(´д`)ので、散々調べた結果、こうではないかという解釈をしました。

(連続型)確率変数 $\Lambda = \lambda$ がガンマ分布 $G(\alpha,\beta)$ に従うという条件を満たしながら
(離散型)確率変数 $X$ が $X=k$ となるときの確率(密度関数)を求めよ。

要は、
「〔1〕では、$\lambda$ は定数として扱って計算進めたところを、変数として扱って、
確率 $f(X=k かつ \Lambda=\lambda)$ を計算せよ。」

みたいなかんじです。

で、結局これ何計算してるん???(´д`)

たぶん「ここでは」、このように定義して計算を進めているのではないかと思われます。
次の記事と参考資料⑥に載っている定義を参考にしました。
https://wiis.info/math/probability/continuous-probability-distribution/continuous-conditional-random-distribution/#elementor-toc__heading-anchor-0

\displaylines{
    P(X=k かつ \Lambda=\lambda)=P(\Lambda=\lambda)P(X \ni k|\Lambda=\lambda)\\
    =\int_{-\infty}^{\infty}g(\lambda)d\lambda × P(X \ni k|\Lambda=\lambda)  ???
}

なお、要はいわゆる「乗法の定理」で、
$P(X \ni k|\Lambda=\lambda)$ は「確率変数$\Lambda$に$\Lambda=\lambda$ を与えたときの確率変数$X$ の条件付き確率(密度関数)」


長かった…(´д`)ここからようやく答えの計算です。

※すみません。まだ検証途中ですm(_ _)m

統計でよく使うギリシャ文字(=ローマ文字)早見表

以下の高知工科大学のサイトがまとまっていたため、リンクを貼っておきます
http://www.ele.kochi-tech.ac.jp/tacibana/etc/analog-intro/greek-alpha.html

参考資料一覧(※全部の内容を自分も理解できているわけではないです。)

①統計検定1級公式問題集 実務教育出版 
 ※過去問のページ https://www.toukei-kentei.jp/prepare/kakomon/
②青チャートI+A、Ⅱ+B 数研出版
③理工系の微分積分学 吹田信之、新保経彦 共著 学術図書出版書
④線形代数入門 齋藤正彦 著 東京大学出版会
⑤定本 解析概論 高木貞治 著 岩波書店 
⑥数学シリーズ 数理統計学 改訂版 稲垣萱生 著 裳華房
⑦数学シリーズ 集合と位相 内田伏一 著 裳華房
⑧one point 推定と検定 鷲尾泰俊 著 共立出版
⑨電磁場とベクトル解析 深谷賢治 著 岩波書店
⑩基礎数学8〔新版〕複素解析 高橋礼司 著 東京大学出版会($\Gamma関数$に関する記述がたぶん解析概論の次に詳しく載っている?自分が知っているそこそこメジャーな数学書)
⑪岩波 数学入門辞典 
青本和彦・上野健爾・加藤和也・神保道夫・砂田利一・高橋陽一郎・深谷賢治・俣野 博・室田一雄 共著(日本数学界の重鎮たちによる数学用語の辞書。大概何でも載ってるが、あくまでヒントしかくれない(-_-;))

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