重尾分布

更新时间:2022-08-25 15:22

重尾分布(Heavy-tailed distribution)是一种概率分布模型,它的尾部比指数分布还要厚。在许多情况下,右边尾部的部分比较受到重视,但左边尾部比较厚,或是两边尾部都比较厚的状况,也被认为是一种重尾分布。

简介

重尾分布又可以分为两个子类型,分别是长尾分布(long-tailed distributions)以及次指数分布(subexponential distributions)。

定义

在一个累积分布函数中,一个随机变量X 的分布状况,在以下状况时,被称为是一个重尾分布。假设:

如果以尾部分布函数的方式来呈现时,

最后可以被写成:

这相当于一个动差生成函数, ,对所有的t>0 来说,都是无限的。重尾分布的左尾,与双尾分布,定义相同。

解释

重尾分布意味着可以更大的概率获得很大的值. 因此与弱随机性相反,重尾分布一般表示病态,增加的各种结果被确定为具有重尾分布,包括收入分布、财务报告、保险支出、网页的参考链接等。重尾分布的一个特殊的子集是幂律,其意味着概率密度函数是一个幂。 一个技术难题是,不是所有的矩存在于这些分布,这一般意味着它们使用分位数和其它顺序统计学。这也就是说,中心极限定理不再成立。但是对于诸如均值,即稳定分布的线性组合,我们获得一个新的标准极限分布。

设X是一个随机变量, 为它的分布函数,如果当 时 称X的分布为重尾分布,又称幂律分布

一般来说,服从重尾分布的随机变量X具有较大甚至是无穷大的方差,而且当 时,X的均值也是无穷的。随机变量X会以不可忽略的概率取到非常大的数值,即:大量的小抽样取值和少量的大抽样取值并存。

分类

1.长尾分布

在一个累积分布函数中,一个随机变量X的分布,出现以下状况时,被称为是一个长尾分布。假设对所有t>0 :

这相等于

对一个右尾部形成长尾分布的状况,我们可以做一个直观的解释:假如一个长尾分布的尾部数量超过某个很高的水准,它超过另一个更高水准的机率会接近于一。也就是说,如果你发现状况很糟,它可能会比你想像的还要糟。

长尾分布是重尾分布中的一个特例。所有的长尾分布都是重尾分布,但反之则不然,也就是说,我们可以找出某一个重尾分布,它不是长尾分布。

次指数分布

次指数分布是以概率分布的折积定义出来的。两个独立、不同的随机变数的共同分布函数 ,它自己的折积定义为,使用勒贝格-史台杰斯积分(Lebesgue–Stieltjes integration) 定义为:

n-fold折积的 也以同样方式定义。其尾端分布函数定义为{。

当以下式子成立,概率分布函数在正的中线上,被定义为次指数分布:

这也意味着,对所有来说:

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