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詳解協(xié)方差與協(xié)方差矩陣_協(xié)方差矩陣的意義
2016-12-14
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詳解協(xié)方差與協(xié)方差矩陣_協(xié)方差矩陣的意義

協(xié)方差的定義

對(duì)于一般的分布，直接代入E(X)之類的就可以計(jì)算出來了，但真給你一個(gè)具體數(shù)值的分布，要計(jì)算協(xié)方差矩陣，根據(jù)這個(gè)公式來計(jì)算，還真不容易反應(yīng)過來。網(wǎng)上值得參考的資料也不多，這里用一個(gè)例子說明協(xié)方差矩陣是怎么計(jì)算出來的吧。

記住，X、Y是一個(gè)列向量，它表示了每種情況下每個(gè)樣本可能出現(xiàn)的數(shù)。比如給定

則X表示x軸可能出現(xiàn)的數(shù)，Y表示y軸可能出現(xiàn)的。注意這里是關(guān)鍵，給定了4個(gè)樣本，每個(gè)樣本都是二維的，所以只可能有X和Y兩種維度。所以


用中文來描述，就是：

協(xié)方差(i,j)=（第i列的所有元素-第i列的均值）*（第j列的所有元素-第j列的均值）

這里只有X,Y兩列，所以得到的協(xié)方差矩陣是2×2的矩陣，下面分別求出每一個(gè)元素：

所以，按照定義，給定的4個(gè)二維樣本的協(xié)方差矩陣為：


用matlab計(jì)算這個(gè)例子

z=[1,2;3,6;4,2;5,2]

cov(z)

ans =

2.9167   -0.3333

-0.3333    4.0000

可以看出，matlab計(jì)算協(xié)方差過程中還將元素統(tǒng)一縮小了3倍。所以，協(xié)方差的matlab計(jì)算公式為：

協(xié)方差(i,j)=（第i列所有元素-第i列均值）*（第j列所有元素-第j列均值）/（樣本數(shù)-1）

下面在給出一個(gè)4維3樣本的實(shí)例，注意4維樣本與符號(hào)X,Y就沒有關(guān)系了，X,Y表示兩維的，4維就直接套用計(jì)算公式，不用X,Y那么具有迷惑性的表達(dá)了。

（3）與matlab計(jì)算驗(yàn)證

Z=[1 2 3 4;3 4 1 2;2 3 1 4]

cov(Z)

ans =

1.0000    1.0000   -1.0000   -1.0000

1.0000    1.0000   -1.0000   -1.0000

-1.0000   -1.0000    1.3333    0.6667

-1.0000   -1.0000    0.6667    1.3333

可知該計(jì)算方法是正確的。我們還可以看出，協(xié)方差矩陣都是方陣，它的維度與樣本維度有關(guān)（相等）。參考2中還給出了計(jì)算協(xié)方差矩陣的源代碼，非常簡潔易懂，在此感謝一下!數(shù)據(jù)分析培訓(xùn)


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