協(xié)方差與相關(guān)系數(shù)

1、11 1、協(xié)方差、協(xié)方差第第1616講講 協(xié)方差與相關(guān)系數(shù)協(xié)方差與相關(guān)系數(shù)2 2、相關(guān)系數(shù)、相關(guān)系數(shù)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：重點(diǎn)：重點(diǎn)：1-31-3難點(diǎn)：難點(diǎn)：2 23 3、數(shù)字特征復(fù)習(xí)、數(shù)字特征復(fù)習(xí)華軟軟件學(xué)院課件華軟軟件學(xué)院課件 對于多維隨機(jī)變量，期望和方差只反映了各自的對于多維隨機(jī)變量，期望和方差只反映了各自的平均值與偏離程度，并沒有反映隨機(jī)變量間的關(guān)系平均值與偏離程度，并沒有反映隨機(jī)變量間的關(guān)系. .0)()( YEYXEXE由由方方差差性性質(zhì)質(zhì)的的證證明明知知，相相互互獨(dú)獨(dú)立立，則則若若YX, 0)()( YEYXEXE反反之之，若若不不獨(dú)獨(dú)立立。與與則則YX這這說說明明)()(YEYX

2、EXE 在在一一定定程程度度上上之之間間的的關(guān)關(guān)系系。與與反反映映了了YX一、協(xié)方差一、協(xié)方差 設(shè)設(shè)(X,Y)為二維隨機(jī)變量，為二維隨機(jī)變量， 若若)()(YEYXEXE 存在，則稱其為隨機(jī)變量存在，則稱其為隨機(jī)變量 X和和Y 的協(xié)方差的協(xié)方差.記作記作 cov(X,Y), 即即)()(),cov(YEYXEXEYX ),cov(),(YXYX是是離離散散型型，則則若若ijjjiipYEyXEx)()(, ),cov(),(YXYX是是連連續(xù)續(xù)型型，則則若若dxdyyxfYEyXEx),()()( 易易得得此此外外，由由期期望望的的性性質(zhì)質(zhì)，)()()(),cov(YEXEXYEYX 相相互互

3、獨(dú)獨(dú)立立時(shí)時(shí)，有有與與特特別別地地，當(dāng)當(dāng)YX. 0),cov( YX協(xié)協(xié)方方差差的的性性質(zhì)質(zhì)1性性質(zhì)質(zhì))(),cov(XDXX 2性質(zhì)性質(zhì)),cov(),cov(XYYX 3性質(zhì)性質(zhì)),cov(),cov(YXabbYaX 4性質(zhì)性質(zhì)0),cov( cX5性質(zhì)性質(zhì)),cov(),cov(),cov(2121YXYXYXX 6性質(zhì)性質(zhì)0),cov(, YXYX則則相相互互獨(dú)獨(dú)立立與與若若為常數(shù)為常數(shù)cba,7性質(zhì)性質(zhì)),cov(2)()()(YXYDXDYXD ?),cov( baXX)(XaD :),(1的的聯(lián)聯(lián)合合分分布布律律為為設(shè)設(shè)二二維維隨隨機(jī)機(jī)變變量量例例YX - 1 0 2 0 0.

4、1 0.2 0 1 0.3 0.05 0.1 2 0.15 0 0.1XY).,cov(YX求求0)( XYE,15. 0)(,95. 0)( YEXE解解：)()()(),cov(YEXEXYEYX 15. 095. 0 1425. 0 求協(xié)方差。求協(xié)方差。練習(xí)：練習(xí)：20. 4:89P的的密密度度函函數(shù)數(shù)為為設(shè)設(shè)二二維維隨隨機(jī)機(jī)變變量量例例),(2YX 其其它它, 0, 10,8),(yxxyyxf).,cov(YX求求 其它其它, 010),1(4)(2xxxxfX 其其它它, 010,4)(3yyyfY dxxxfXE)()( 102)1(4dxxxx158 dyyyfYE)()( 1

5、034dyyy54 dxdyyxxyfXYE),()( 10dx 18xxydyxy94 )()()(),cov(YEXEXYEYX 753294 2254 的的密密度度函函數(shù)數(shù)為為設(shè)設(shè)二二維維隨隨機(jī)機(jī)變變量量練練習(xí)習(xí)：),(YX 其它其它, 0, 2,0),(81),(yxyxyxf).,cov(YX求求,67)()( YEXE,34)( XYE)()()(),cov(YEXEXYEYX 361 其其它它, 020,4)1()(xxxfX協(xié)方差是對兩個(gè)隨機(jī)變量的協(xié)同變化的度量協(xié)方差是對兩個(gè)隨機(jī)變量的協(xié)同變化的度量, 但是其但是其受度量單位的影響。受度量單位的影響。例如例如, KX與與KY之間

6、的統(tǒng)計(jì)關(guān)系和之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系和X與與Y之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系應(yīng)該一樣，但協(xié)方差卻擴(kuò)大了系應(yīng)該一樣，但協(xié)方差卻擴(kuò)大了K2倍。倍。. ),cov(),cov(2YXkkYkX 即即為避免量綱的影響，取標(biāo)準(zhǔn)化隨機(jī)變量為避免量綱的影響，取標(biāo)準(zhǔn)化隨機(jī)變量)()(,)()(*YDYEYYXDXEXX 二、相關(guān)系數(shù)二、相關(guān)系數(shù) )()(,)()(*YDYEYYXDXEXX 不不再再有有量量綱綱的的影影響響。則則),cov(*YX稱稱為為二二維維隨隨機(jī)機(jī)變變量量設(shè)設(shè)定定義義, 0, 0 )D(Y)D(X(X,Y)，)()(),cov(),cov(*YDXDYXYX 記記作作的的相相關(guān)關(guān)系系數(shù)數(shù)和和為為隨隨機(jī)

7、機(jī)變變量量,YX. 或或XYXY 不不相相關(guān)關(guān)。與與時(shí)時(shí)，稱稱特特別別地地，當(dāng)當(dāng)YXXY0 (1) 不相關(guān)與相互獨(dú)立的關(guān)系不相關(guān)與相互獨(dú)立的關(guān)系 相互獨(dú)立相互獨(dú)立不相關(guān)不相關(guān) (2) 不相關(guān)的充要條件不相關(guān)的充要條件 ; 0,1o XYYX不不相相關(guān)關(guān); 0),Cov(,2o YXYX不不相相關(guān)關(guān)).()()(,3oYEXEXYEYX 不不相相關(guān)關(guān)相相關(guān)關(guān)系系數(shù)數(shù)的的性性質(zhì)質(zhì)(3)1 XY 線線性性相相關(guān)關(guān)程程度度越越弱弱。與與，越越接接近近線線性性相相關(guān)關(guān)程程度度越越高高；與與，越越接接近近XYXYXYXY01 無無線線性性關(guān)關(guān)系系。與與時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)有有嚴(yán)嚴(yán)格格的的線線性性關(guān)關(guān)系系；與與時(shí)時(shí)，

8、當(dāng)當(dāng)XYXYXY01 YX例例3 設(shè)（設(shè)（ X ，Y ）的聯(lián)合分布律為的聯(lián)合分布律為412112 410041041410判斷判斷 X與與Y的相關(guān)性和獨(dú)立性。的相關(guān)性和獨(dú)立性。, 0)( XE,25)( YE, 0)( XYE0 XY 不不相相關(guān)關(guān)。與與YX無無線線性性關(guān)關(guān)系系。與與這這表表示示XY1201, 2 YPXPYXP但但不不獨(dú)獨(dú)立立。與與YX2XY 事事實(shí)實(shí)上上，,cos,sin,4 YX且且上上的的均均勻勻分分布布設(shè)設(shè)例例.是是否否相相關(guān)關(guān)，是是否否獨(dú)獨(dú)立立與與判判斷斷YX dXEsin21)(, 0 dXYEcossin21)( dYEcos21)(, 0 , 0 )()()(

9、YEXEXYE .不相關(guān)不相關(guān)與與YX.122不獨(dú)立不獨(dú)立與與，所以，所以但是但是YXYX .)(,23,21,)16, 0(),9,1(5XZXYZDYXZYNX 及及求求設(shè)設(shè)且且已已知知例例 分析分析: 協(xié)方差。協(xié)方差。的的與與必須先求出必須先求出的方差的方差獨(dú)立，所以求獨(dú)立，所以求與與已知條件沒有告訴已知條件沒有告訴YXZYX解解: : XYYDXDYX )()(),cov( 6 )23()(YXDZD )(41)(91YDXD )2,3cov(2YX )(41)(91YDXD ),cov(21312YX 7 , 6),cov( YX, 9)( XD)23,cov(),cov(YXXZX

10、 又又),cov(21),cov(31YXXX 6 , 7)( ZD),cov(21)(31YXXD )()(),cov(ZDXDZXXZ 736 772 思考與練習(xí)：思考與練習(xí)：).()(, 6 . 0,25)(,49)(),(. 1YXDYXDYDXDYXXY 與與求求為為二二維維隨隨機(jī)機(jī)變變量量，設(shè)設(shè) ).,cov(, 2 . 0,16)(, 9)(, 0)()(),(. 222YXYEXEYEXEYXXY求求為為二二維維隨隨機(jī)機(jī)變變量量，設(shè)設(shè) ,21),cov( YX),cov(2)()()(YXYDXDYXD 116 ),cov(2)()()(YXYDXDYXD 32 ,16)(,

11、9)( YDXD4 . 2)()(),cov( YDXDYXXY 課課 后后 作業(yè)作業(yè)數(shù)學(xué)期望（均值）數(shù)學(xué)期望（均值） 1)(kkkpxXExxfxXEd)()( 重 點(diǎn) 回 顧 kkkpxgXgE)()( dxxfxgXgE)()()(數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)期期望望的的性性質(zhì)質(zhì)1性性質(zhì)質(zhì)ccE )(2性質(zhì)性質(zhì)cXEcXE )()(3性質(zhì)性質(zhì))()(XkEkXE 4性質(zhì)性質(zhì)cXkEckXE )()(5性質(zhì)性質(zhì))()()(YEXEYXE 推論推論)()()()(2121nnXEXEXEXXXE .)()(.)(,22XEXEXDXDXX 即即或或記記作作的的方方差差期期望望稱稱為為離離差差的的平平方方的的數(shù)數(shù)

12、學(xué)學(xué)隨隨機(jī)機(jī)變變量量定定義義.,)(或標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)差的均方差的均方差稱為稱為方差的算術(shù)平方根方差的算術(shù)平方根XXD方差方差 離散型隨機(jī)變量離散型隨機(jī)變量 X 的方差的方差 )(XDiiipXEx21)( 連續(xù)型隨機(jī)變量連續(xù)型隨機(jī)變量 X 的方差的方差 xxfXExXDd)()()(2 差差的的簡簡便便公公式式由由期期望望的的性性質(zhì)質(zhì)，可可得得方方22)()()(XEXEXD 方方差差的的性性質(zhì)質(zhì)1性性質(zhì)質(zhì)0)( cD2性質(zhì)性質(zhì))()(XDcXD 3性質(zhì)性質(zhì))()(2XDccXD 4性質(zhì)性質(zhì))()()(YDXDYXDYX 相相互互獨(dú)獨(dú)立立，則則與與若若10 pp)1(pp 10, 1 pnnp)

13、1(pnp 0 ba 2)(ba 12)(2ab 0 2分布分布 參數(shù)參數(shù) 數(shù)學(xué)期望數(shù)學(xué)期望 方差方差 兩點(diǎn)分布兩點(diǎn)分布 二項(xiàng)分布二項(xiàng)分布 泊松分布泊松分布 均勻分布均勻分布 指數(shù)分布指數(shù)分布 正態(tài)分布正態(tài)分布 0, 2常見分布的期望與方差常見分布的期望與方差_)(, 4 . 2)(), 6(. 12 XEXEpBX則則且且設(shè)設(shè)隨隨機(jī)機(jī)變變量量練練習(xí)習(xí)：2 . 7._)(_,)(2,PX1PX),(. 2 XDXEPX則則且且設(shè)設(shè) 22_)(),1(. 32 XeXEEX則則設(shè)設(shè)34._)(_,)(, 12),1 , 0(. 4 YDYEXYNX則則且且設(shè)設(shè)14._)(_,)(,5. 5 XDXEX方方差差的的期期望望則則其其點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)和和顆顆骰骰子子擲擲23512175_)32(, 1)(, 2)(. 6 YXDYDXDYX則則相相互互獨(dú)獨(dú)立