概率论与数理统计课件：4-3.PPT

1、一、协方差与相关系数的概念及性质一、协方差与相关系数的概念及性质二二、相关系数的意义相关系数的意义三、小结三、小结第三节第三节 协方差及相关系数协方差及相关系数1. 问题的提出问题的提出 那么那么相互独立相互独立和和若随机变量若随机变量,YX).()()(YDXDYXD 不相互独立不相互独立和和若随机变量若随机变量YX?)( YXD22)()()(YXEYXEYXD ).()(2)()(YEYXEXEYDXD 一、协方差与相关系数的概念及性质一、协方差与相关系数的概念及性质 协方差协方差).()(),ov(C),Cov(.)()(YEYXEXEYXYXYXYEYXEXE 即即记为记为的协方差的

2、协方差与与称为随机变量称为随机变量量量2. 定义定义.)()(),Cov(的相关系数的相关系数与与称为随机变量称为随机变量而而YXYDXDYXXY )()(),Cov(YEYXEXEYX )()(YEYEXEXE . 0 相互独立相互独立和和若随机变量若随机变量YX)3()()(2 )()()(YEYXEXEYDXDYXD ).()(YDXD 相互独立相互独立和和若随机变量若随机变量YX)2(),(Cov2)()(YXYDXD 3. 说明说明 .,)1(个无量纲的量个无量纲的量它是一它是一协方差协方差的相关系数又称为标准的相关系数又称为标准和和YX4. 协方差的计算公式协方差的计算公式);()

3、()(),Cov()1(YEXEXYEYX ).,Cov(2)()()()2(YXYDXDYXD 证明证明)()(),Cov()1(YEYXEXEYX )()()()(YEXEYXEXYEXYE ).()()(YEXEXYE )()()()(2)(YEXEYEXEXYE )()()()2(2YXEYXEYXD )()(2YEYXEXE )()(2YEYXEXE )()(22YEYEXEXE ).,Cov(2)()(YXYDXD 5. 性质性质 );,Cov(),Cov()1(XYYX ;, , ),Cov(),Cov()2(为为常常数数baYXabbYaX ).,Cov(),Cov(),Cov

4、()3(2121YXYXYXX .),(),(222121相关系数相关系数的的与与试求试求设设YXNYX解解 2222212121212221)()(2)()1 ( 21exp121),(yyxxyxf由由,e21)(21212)(1 xxfxX.,e21)(22222)(2 yyfyY例例1.)(,)(,)(,)(222121YDXDYEXE yxyxfyxYXdd),()(),Cov(21 而而.ddee)(1212112222121)1(212)(21221xyyxxyx ,1111222 xyt令令,11xu ututuYXtudde )1(21),Cov(2222122122 tuu

5、tudede22222122 ttuutudede212222122,22221 .),Cov(21YX 故有故有.)()(),Cov( YDXDYXXY于是于是结论结论;,)1(的相关系数的相关系数与与代表了代表了参数参数中中二维正态分布密度函数二维正态分布密度函数YX. )2(相互独立相互独立与与等价于等价于相关系数为零相关系数为零与与二维正态随机变量二维正态随机变量YXYX.23,21),4 , 0(),3 , 1(,22YXZNNYXXY 设设分别服从分别服从已知随机变量已知随机变量?)3(.)2(.)1(为什么为什么是否相互独立是否相互独立与与问问的相关系数的相关系数与与求求的数学期

6、望和方差的数学期望和方差求求ZXZXZ解解.16)(, 0)(, 9)(, 1)()1( YDYEXDXE由由)23()(YXEZE 得得)(21)(31YEXE .31 例例2)2,3Cov(2)2()3()(YXYDXDZD ),Cov(31)(41)(91YXYDXD )()(31)(41)(91YDXDYDXDXY . 3241 )()(21)(31YDXDXDXY . 033 . 0) )()(),Cov( ZDXDZXXY故故:,)3(可知可知立两者是等价的结论立两者是等价的结论关系数为零和相互独关系数为零和相互独由二维正态随机变量相由二维正态随机变量相.是相互独立的是相互独立的与

7、与ZX)23,Cov(),Cov()2(YXXZX ),Cov(21),Cov(31YXXX 1. 问题的提出问题的提出?,衡量衡量接近的程度又应如何来接近的程度又应如何来最接近最接近可使可使应如何选择应如何选择问问YbaXba )(2bXaYEe 设设.的好坏程度的好坏程度近似表达近似表达可用来衡量可用来衡量则则YbXae .,的近似程度越好的近似程度越好与与表示表示的值越小的值越小当当YbXae .,达到最小达到最小使使的值的值确定确定eba二、相关系数的意义二、相关系数的意义).(2)(2)(2)()(2222YaEXabEXYbEaXEbYE 得得并令它们等于零并令它们等于零求偏导数求

8、偏导数分别关于分别关于将将,bae . 0)(2)(2)(2, 0)(2)(222XaEXYEXbEbeYEXbEaae解得解得,)(),Cov(0XDYXb .)(),Cov()()(0XDYXXEYEa )(2bXaYEe 得得中中代入代入将将,)(,200bXaYEeba )(min2,bXaYEeba ).()1(2YDXY 2. 相关系数的意义相关系数的意义.,系较紧密系较紧密的线性关系联的线性关系联表明表明较小较小较大时较大时当当YXeXY.,线性相关的程度较差线性相关的程度较差较小时较小时当当YXXY.,0不相关不相关YXXY和和称称时时当当 )(200XbaYE 例例3 ?,)

9、,cos(,cos,2, 0的相关系数的相关系数和和求求是常数是常数这里这里的均匀分布的均匀分布服从服从设设 aa 解解, 0dcos21)(20 xxE ,21dcos21)(2022 xxE , 0d)(cos21)(20 xaxE ,21d)(cos21)(2022 xaxE ,cos21d)cos(cos21)(20axaxxE 数为数为由以上数据可得相关系由以上数据可得相关系.cosa , 1,0 时时当当a, 1, 时时当当a .存在线性关系存在线性关系, 0,232 时时或或当当aa.不相关不相关与与 .的相关关系的相关关系与与动画演示动画演示 单击图形播放单击图形播放/ /暂停

10、暂停 ESCESC键退出键退出(1) 不相关与相互独立的关系不相关与相互独立的关系3. 注意注意相互独立相互独立不相关不相关(2) 不相关的充要条件不相关的充要条件; 0,1o XYYX不相关不相关; 0),Cov(,2o YXYX不相关不相关).()()(,3oYEXEXYEYX 不相关不相关4. 相关系数的性质相关系数的性质. 1)1( XY. 1,:1)2( bXaYPbaXY使使存在常数存在常数的充要条件是的充要条件是证明证明)(min)1(2,bXaYEeba )()1(2YDXY 0 012 XY. 1 XY. 1,1)2( bXaYPbaXY使使存在常数存在常数的充要条件是的充要

11、条件是1, XY事实上事实上20000200)()( )(0XbaYEXbaYDXbaYE , 0)(00 XbaYD. 0)(00 XbaYE由方差性质知由方差性质知. 100 XbaYP或或0)(200 XbaYE, 10)(00 XbaYP使使若存在常数若存在常数反之反之 ba ,1 XbaYP. 0)(2 XbaYE)(min2,bXaYEba )(200XbaYE )()1(2YDXY . 1 XY, 10)(2 XbaYP, 10)( XbaYP故有故有)(02XbaYE .),(的的关关系系相相关关系系数数的的概概率率密密度度曲曲面面与与二二维维正正态态随随机机变变量量 XYYX单击图形播放单击图形播放/ /暂停暂停ESCESC键退出键退出三、小结三、小结相关系数的意义相关系数的意义.,的线性相关程度较高的线性相关程度较高较大时较大时当当YXXY.,的线性相关程度较差的线性相关程度较差较小时较小时当当YXXY.,0不相关不相关YXXY和和时时当当