二维高斯分布实随机向量的自相关矩阵对应的椭圆轴线方向与向量分量相

转载自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4513dde60100o6po.html


书上说,如果一个零均值高斯分布实随机向量的各个分量之间是不相关的,则其自相关矩阵为对角阵。对于二维零均值高斯分布实随机向量而言,其自相关矩阵的二次型可以构成一个椭圆方程。如果向量两个分量相关,对应自相关矩阵是一个非对角阵的实对称阵,这样的矩阵的二次型对应轴线与坐标轴不重合的椭圆。若两个分量不相关,则自相关矩阵是对角阵,这样的矩阵的二次型对应轴线与坐标轴重合的椭圆。正是看了书上这样的话,才有了《线性代数真是神奇的东西,尤其是特征值分解》一文中使用的方法。
pdf的等高线就是自相关矩阵二次型对应的椭圆方程。为什么轴线与坐标轴不重合的椭圆其向量的两个分量相关呢?画两个图就明白了。
首先我们画一下自相关矩阵为对角阵的二维高斯实向量的二维pdf曲面:


range_low = -5;
range_high = 5;
point_num = 64;
x = linspace(range_low, range_high, point_num);
y = x;
[X, Y] = meshgrid(x, y);
M1 = eye(2);
M2 = [1, 0.5; 0.5, 1];
temp = [X(:), Y(:)];
surface1 = temp * M1;
surface1 = surface1 .* temp;
surface1 = sum(surface1, 2);
surface1 = reshape(surface1, point_num, point_num);
surface1 = exp(-0.5*surface1)/2/pi/sqrt(det(M1));

mesh(x, y, surface1);



再看一下自相关矩阵不是对角阵的二维实高斯向量的二维pdf曲面:
surface2 = temp * M2;
surface2 = surface2 .* temp;
surface2 = sum(surface2, 2);
surface2 = reshape(surface2, point_num, point_num);
surface2 = exp(-0.5*surface2)/2/pi/sqrt(det(M2));
figure;
mesh(x, y, surface2);


对于自相关矩阵为对角阵的情况(上面第一种情况),我们选取几个垂直于y轴的平面,看看这些平面截取的pdf是什么样的曲线:
delta = 5;
figure;
plot(x, surface1(point_num/2, :), 'r');
hold on;
plot(x, surface1(point_num/2+delta, :), 'g');
plot(x, surface1(point_num/2+2*delta, :), 'b');
hold off;


随着y的改变,曲线的大小变了,但位置和形状都没有发生变化,因此曲线的表达式可以写成p(x)f(y)的形式,事实上,这里的f(y)就是p(y),即x与y独立。而高斯分布的统计独立与不相关是等价的。
再看看自相关矩阵不是对角阵时的情况(上面第二种情况):
figure;
plot(x, surface2(point_num/2, :), 'r');
hold on;
plot(x, surface2(point_num/2+delta, :), 'g');
plot(x, surface2(point_num/2+2*delta, :), 'b');
hold off;



 这幅图中,随着y的改变,曲线大小和位置都发生了变化,这说明,曲线的表达式不仅仅需要p(x)与某个y的函数f(y)相乘,还需要与某个y的函数g(y)相加。即p(x)f(y)+g(y),这样,曲线的表达式不可能写成p(x)p(y)的形式。即向量的两个分量不是独立的,不是不相关的。


你可能感兴趣的:(二维高斯分布实随机向量的自相关矩阵对应的椭圆轴线方向与向量分量相)