İstatistik ve Olasılık · 5. Ünite: Özel Sürekli Olasılık Dağılımları

Ki-Kare, Lognormal ve Weibull Dağılımları

Örnek varyansının dağılımından hane gelirlerine, parça ömürlerinden rüzgâr hızlarına kadar pek çok pozitif değerli nicelik normalin simetrik çanına uymaz; bunların dağılımları Gamma ailesinin ve normalin dönüşümleriyle elde edilir. Ki-kare dağılımı standart normallerin karelerinin toplamıdır ve varyans çıkarımının temelidir; lognormal dağılım logaritması normal olan çarpımsal süreçlerin modelidir; Weibull dağılımı ise yıpranma ya da erken arıza gibi hazard davranışlarını esnek biçimde yakalar. Bu konuda üç dağılımın yoğunluklarını, ortalama ve varyanslarını, birbirleriyle ve normal ya da üstelle ilişkilerini öğrenecek, tablo ve kuyruk olasılıklarını hesaplayacak ve modelleme seçimini yorumlayacaksın.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Normalin Yetmediği Yerler

  2. Ki-Kare Dağılımı

  3. Lognormal Dağılım

  4. Weibull Dağılımı ve Hazard Hızı

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Karşılaştırma ve Sınır Durumları

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Ki-kare dağılımı
$\mathrm{Gamma}(v/2,2)$; $v$ bağımsız standart normalin kareleri toplamı, $E=v$, $\mathrm{Var}=2v$.
Serbestlik derecesi (degrees of freedom)
Ki-kare dağılımının $v$ parametresi; toplanan bağımsız kare sayısı. Örnek varyansı için $n-1$.
Kritik değer $\chi^2_\alpha(v)$
$P(\chi^2(v)>\chi^2_\alpha(v))=\alpha$; ki-kare tablosunda sağ kuyruk kritik değerleri.
Lognormal dağılım
$\ln X\sim N(\mu,\sigma^2)$ olan pozitif değerli, sağa çarpık dağılım; $E[X]=e^{\mu+\sigma^2/2}$.
Weibull dağılımı
$F(x)=1-e^{-\alpha x^\beta}$; $\beta=1$ üstel; $\beta$ hazard şeklini belirler.
Hazard hızı (failure rate)
$h(x)=f(x)/R(x)$; $x$ anına kadar hayatta kalmış parçanın anlık arıza oranı. Weibull'da $\alpha\beta x^{\beta-1}$.
Güvenilirlik fonksiyonu
$R(x)=P(X>x)=1-F(x)$; Weibull için $e^{-\alpha x^\beta}$.
Küvet eğrisi (bathtub curve)
Azalan, sabit ve artan hazard rejimlerinin birleşimi: erken arıza, kararlı dönem, yıpranma.

Örnek soru

$Z_1,\ldots,Z_5$ bağımsız standart normal değişkenler olsun. $Q = Z_1^2 + Z_2^2 + Z_3^2 + Z_4^2 + Z_5^2$ hangi dağılıma uyar ve ortalaması kaçtır?

  1. $\chi^2(1)$, ortalama $1$
  2. $\chi^2(2)$, ortalama $2$
  3. $\chi^2(5)$, ortalama $5$
  4. $\chi^2(10)$, ortalama $10$
  5. $N(0,5)$, ortalama $0$

Doğru cevap: C

Çözüm

1. Her $Z_i^2\sim\chi^2(1)=\mathrm{Gamma}(1/2,2)$.
2. Bağımsız ve ortak $\beta=2$ olduğundan toplam $\mathrm{Gamma}(5/2,2)=\chi^2(5)$.
3. Ortalama $E[Q]=v=5$ ($\mathrm{Var}=2v=10$).
Cevap: C. $N(0,5)$ karelerin değil $Z_i$'lerin toplamının dağılımıdır; $\chi^2(1)$ tek karedir; $\chi^2(10)$ serbestlik derecesini iki katına çıkarır; $\chi^2(2)$ ise yalnızca iki terimin toplamıdır.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular