Метод моментів

Метод моментів знаходження оцінок в математичній статистиці — це спосіб побудови оцінок, заснований на порівнянні теоретичних і вибіркових моментів.

Опис

Коротко, метод моментів описується так: «Ми маємо певну вибірку, і припускаємо що вона задається певним розподілом з параметрами. Ми обчислюємо скільки моментів цього розподілу скільки параметрів, і прирівнюємо їх до відповідних моментів вибірки. Так як моменти розподілу є функціями від параметрів, то отримаємо систему рівнянь відносно параметрів, і з неї отримуємо результат.»

Формально: нехай ${\displaystyle X_{1},\ldots ,X_{n}}$ — вибірка з розподілу ${\displaystyle \mathbb {P} _{\theta }}$, що залежить від параметра ${\displaystyle \theta \in \Theta \subset \mathbb {R} }$. Нехай маємо функцію ${\displaystyle g\colon \mathbb {R} \to \mathbb {R} }$, таку що ${\displaystyle g(X_{1})}$ інтегрована відносно міри ${\displaystyle \mathbb {P} _{\theta }}$, і

${\displaystyle \mathbb {E} _{\theta }\left[g(X_{1})\right]=f(\theta )}$,

де ${\displaystyle f\colon \Theta \to \mathbb {R} }$ — бієкція. Тоді оцінка

${\displaystyle {\hat {\theta }}_{\mathrm {MM} }=f^{-1}\left({\overline {g(X)}}\right)\equiv f^{-1}\left({\frac {1}{n}}\sum \limits _{i=1}^{n}g(X_{i})\right)}$

називається оцінкою параметра ${\displaystyle \theta \in \Theta }$ методом моментів.

Зауваження

• Оцінки знайдені методом моментів, як правило спроможні, але часто неефективні. Тому їх можна використовувати лише як перше наближення, базуючись на яких можна знаходити наступні наближення з меншою дисперсією.

• За побудовою, ${\displaystyle {\overline {g(X)}}=f\left({\hat {\theta }}_{\mathrm {MM} }\right)}$, тобто оцінка методом моментів отримується шляхом прирівнювання теоретичного середнього ${\displaystyle g(X)}$ з вибірковим середнім.

• Як функцію ${\displaystyle g}$ часто беруть степеневу функцію:

${\displaystyle g(x)=x^{k},\;k\in \mathbb {N} }$.

• Оцінка ${\displaystyle {\hat {\theta }}_{\mathrm {MM} }}$ суттєво залежить від використаної функції ${\displaystyle g(x)}$. Якщо можливе використання кількох різних функцій ${\displaystyle g(x)}$, отримані з їх допомогою оцінки можуть відрізнятися.

Конзистентність методу

Якщо ${\displaystyle f\in C(\Theta )}$, тобто функція ${\displaystyle f}$ неперервна, то оцінка методу моментів конзистентна.

Приклад

Нехай ${\displaystyle X_{1},\ldots ,X_{n}\sim \Gamma (\alpha ,\beta )}$ — вибірка з гамма-розподілу з невідомими параметрами ${\displaystyle \alpha }$ і ${\displaystyle \beta }$. Тоді

${\displaystyle \mathbb {E} [X_{i}]=\alpha \beta ,\;\mathbb {E} \left[X_{i}^{2}\right]=\alpha (\alpha +1)\beta ^{2},\quad i=1,\ldots ,n}$.

Тоді оцінки методу моментів задовольняють систему рівнянь:

${\displaystyle \left\{{\begin{matrix}{\bar {X}}=&{\hat {\alpha }}_{\mathrm {MM} }{\hat {\beta }}_{\mathrm {MM} }\\{\overline {X^{2}}}=&{\hat {\alpha }}_{\mathrm {MM} }({\hat {\alpha }}_{\mathrm {MM} }+1)\left({\hat {\beta }}_{\mathrm {MM} }\right)^{2},\end{matrix}}\right.}$

звідки

${\displaystyle {\hat {\alpha }}_{\mathrm {MM} }={\frac {\left({\bar {X}}\right)^{2}}{{\overline {X^{2}}}-\left({\bar {X}}\right)^{2}}}}$,

і

${\displaystyle {\hat {\beta }}_{\mathrm {MM} }={\frac {{\overline {X^{2}}}-\left({\bar {X}}\right)^{2}}{\bar {X}}}}$.

Див. також

• Метод максимальної правдоподібності

Джерела

• Карташов М. В. Імовірність, процеси, статистика. — Київ : ВПЦ Київський університет, 2007. — 504 с.
• Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей. — 6-е изд. — Москва : Наука, 1988. — 446 с.(рос.)
• Гихман И. И., Скороход А. В., Ядренко М. В. Теория вероятностей и математическая статистика. — Київ : Вища школа, 1988. — 436 с.(рос.)
• Анісімов В.В.; Черняк О.І. (1995). Математична статистика (укр) . Київ: МП "ЛЕСЯ". ISBN 5-7707-8786-4.