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随机变量在数学是什么意思(随机变量数字特征的释义)

随机变量在数学是什么意思(随机变量数字特征的释义)因为E{ [X-E(X)][Y-E[Y]] } = E(XY) – E(X)E(Y),又当X Y相互独立的时候E(XY) = E(X)E(Y)。这意味着若E{[X-E(X)][Y-E[Y]]} ≠ 0 ,则X与Y是存在一定关系的。 对于二维的随机变量(X Y),还要讨论它们的相互关系。 D(X)=E{[X-E(X)]^2}。 3、协方差

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随机变量的数字特征

1、数学期望(均值)

数学期望给出了随机变量的平均大小。随机变量X的数学期望记为E(X) E(X)是X的算术平均的近似值 数学期望表示了X的平均值大小。实验中每次可能的结果的概率乘以其结果的总和。

  • 离散型随机变量

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  • 连续型随机变量

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2、方差

随机变量的取值在均值周围的散布程度,X的方差记为

D(X)=E{[X-E(X)]^2}。

  • 离散型

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  • 连续型

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  • 方差的算术平方根为X的标准差

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  • D(X) = E{[X-E(X)]^2} 经过化解可得 D(X) = E(X^2) – [E(X)]^2,一般计算的时候常用这个式子

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3、协方差

对于二维的随机变量(X Y),还要讨论它们的相互关系。

因为E{ [X-E(X)][Y-E[Y]] } = E(XY) – E(X)E(Y),又当X Y相互独立的时候E(XY) = E(X)E(Y)。这意味着若E{[X-E(X)][Y-E[Y]]} ≠ 0 ,则X与Y是存在一定关系的。

协方差可以反应两个变量的协同关系, 变化趋势是否一致。同向还是方向变化。

Cov(X Y) = E{[X-E(X)][Y-E[Y]]}

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4、相关系数

相关系数是协发差的归一化(normalization), 消除了两个变量量纲/变化幅度不同的影响。单纯反映两个变量在每单位变化的相似程度。

协方差在某种意义上是表示了两个随机变量间的关系,但是Cov(X Y)的取值大小与X Y的量纲有关,不方便分析。为了消除量纲的影响,用X Y的标准化随机变量来讨论,即将两变量分别进行标准化(每个观察值减去均数再除以其标准差)后再计算协方差,使之成为无单位的系数。

随机变量X与Y的相关系数:

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记为(无量纲)

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其中,以下符号为X Y的协方差即Cov(X Y)。D(X),D(Y)分别是X Y的方差且D(X)>0,D(Y)>0

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注意:两个不相关的随机变量,不一定相互独立 有一特殊情况是 当随机变量X Y服从二维正态分布的时候 独立与不相关等价

  • 不相关只能说明X与Y不存在线性关系。
  • 独立说明X与Y既不存在线性关系 也不存在非线性关系。

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5、矩

矩(moment)是最广泛的一种数字特征 常用的矩有两种:原点矩和中心矩。

  • 原点矩:

对于正整数k,称随机变量X的k次幂的数学期望为X的k阶原点矩:即 E(Xk) k=1 2 …n.

数学期望就是一阶原点矩。

  • 中心矩:

对于正整数k,称随机变量X与E(X)差的k次幂的数学期望为X的k阶中心矩:即 E{X-E[XK]} K=1 2 …n.

方差就是二阶中心矩。

6、补充

  • 均值,用E(x)表示,表示信号中直流分量的大小。
  • 均值的平方,用{E(x)}^2表示,它表示的是信号中直流分量的功率。
  • 均方值,用E(x^2)表示,表示信号平方后的均值。均方值表示信号的平均功率。
  • 均方根值,即均方值的开根号
  • 方差,描述信号的波动范围,表示信号中交流分量的强弱,即交流信号的平均功率。
  • 均方差,用MSE表示,是各数据偏离真实值的距离平方和的平均数
  • 对于方差和标准差而言,它们反映的是数据序列与均值的关系。
  • 对于均方差和均方根误差而言,它们反映的是数据序列与真实值之间的关系。
随机信号的数字特征

1、均值函数

总集均值,一阶原点矩函数过程的数学期望作为参数的函数,是其样本函数在某时刻t的平均取值

2、均方值函数

反映了随机信号在总集意义下的瞬时功率(即某时刻样本随机变量的平均功率)

3、方差函数

反映了随机信号在均值上下的起伏程度

4、自相关函数

表示随机信号在不同时刻取值的关联程度

5、自协方差函数

描述随机信号在不同时刻值的起伏变化的相关程度,也称为中心化的自相关函数

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