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基于分块的重尾指数估计量的推广

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王嫣然, 彭作祥. 基于分块的重尾指数估计量的推广[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2019, 44(1): 25-28. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2019.01.005
引用本文: 王嫣然, 彭作祥. 基于分块的重尾指数估计量的推广[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2019, 44(1): 25-28. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2019.01.005
Yan-ran WANG, Zuo-xiang PENG. A Kind of Generalized Tail Index Estimator Based on Block Order Statistics[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2019, 44(1): 25-28. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2019.01.005
Citation: Yan-ran WANG, Zuo-xiang PENG. A Kind of Generalized Tail Index Estimator Based on Block Order Statistics[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2019, 44(1): 25-28. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2019.01.005

基于分块的重尾指数估计量的推广

详细信息
    作者简介:

    王嫣然(1994-), 女, 硕士研究生, 主要从事极值理论研究 .

    通讯作者: 彭作祥, 博士, 教授
  • 中图分类号: O212

A Kind of Generalized Tail Index Estimator Based on Block Order Statistics

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-20
  • 刊出日期:  2019-01-20

基于分块的重尾指数估计量的推广

    通讯作者: 彭作祥, 博士, 教授
    作者简介: 王嫣然(1994-), 女, 硕士研究生, 主要从事极值理论研究
  • 西南大学 数学与统计学院, 重庆 400715

摘要: 采用分块的方法提出了一种新的重尾估计量,并讨论了这种新的估计量在正则变化条件下的相合性和渐近正态性.

English Abstract

  • 设(Xn)为独立同分布随机变量序列(简记为i.i.d.序列),共同的分布函数为F(x).对任意n≥1,X1X2,…,Xn的顺序统计量为X1,nX2,n≥ …≥Xnn.设FD(Gγ),即存在规范常数an>0,bn$\mathbb{R}$

    其中极值分布Gγ(x)=e{-(1+γx)$\frac{1}{\gamma }$}γ$\mathbb{R}$且1+γx>0.当γ=0时,Gγ(x)=e{e-x}.我们需要研究的问题是F未知时,如何从有限的样本估计重尾指数γ>0.

    文献[1]提出如下的重尾指数估计量:

    其中k=kn满足当n→∞时,kn→∞,$\frac{{{k_n}}}{n}$→0.文献[2]讨论了Hill估计量的渐近性质.文献[3]和文献[4]提出了分块的方法构造的估计量.首先,将样本x1,…,xn分成k=k(n)V1,…,Vk,每块里面包含m=$\left[{\frac{n}{k}} \right]$个样本观察值,其中[x]表示x≥0的整数部分.更具体一点,Vi={X(i-1)m+j:0≤jm-1}(1≤ik-1).令顺序统计量Xjm(i)表示Vim个观测值中第j个最大值.本文提出的估计量较文献[5]提出的估计量更具有一般性,文献[5]提出的估计量必须要知道X1,miX2,miX3,mi,而本文只需要知道任意相邻的3个顺序统计量即可.

    本文基于上述分块的方法提出一种新的重尾极值指数估计量,

    其中s是正整数且s≥2.对序列k=k(n),需要下列条件

    我们知道,当γ≥0时,URVγ,即

    为讨论$\mathop \gamma \limits^ \wedge $(ks)的渐近分布,本文假设存在函数A(t)∈RVρρ < 0,使得

    对所有x>0成立.

  • 定理1 假设(3)和(5)式成立,那么当n→∞时,$\mathop \gamma \limits^ \wedge $ (ks)$\xrightarrow{P}$γ.

    定理2 假设(4)和(5)式成立,则n→∞时,$\mathop \gamma \limits^ \wedge $ (ks) $\xrightarrow{a.\ s.}$γ.

    定理3 假设(6)式成立,且k=kn →∞,$\frac{k}{n}$→0,及

    那么有

    其中Sλρ=$\frac{{2s-\rho-2}}{{2\left({s-1} \right)!}}$λΓ(s-ρ-1).

  • 为了证明主要结论,需要以下引理.

    引理1 Tm(1)Rm(1)独立,Sm(1)Rm(1)也独立.

     假设E1(i),…,Em(i)是一组随机变量,独立同分布于标准指数分布. E1,m(i)E2,m(i) ≥ … ≥E2,m(i)是它的一组顺序统计量.显然,U(eEjm(i))i=1$\underline{\underline d } $(Xjmi)i=1.不失一般性,当j≥1时,我们假设Xj=U(eEj).注意到当i=1,2,…,k时,(Xs-1(i)Xs(i)Xs+1(i))=(U(eEs-1,m(i)),U(eEsm(i)),U(eEs+1,m(i)))是独立同分布的随机向量序列.令

    由文献[6]易得结论.

    引理2 Rm(1)m沿用前文的定义.若条件(6)成立,则n→∞时,

    其中Γ(x)=$\int_0^\infty {} $tx-1e-tdt为伽马函数.

    定理1的证明 由$\mathop \gamma \limits^ \wedge $ (ks)的定义有,

    由(5)式和Potter界[7],对$\forall $ε>0,$\exists $t0>0,使得对所有x>1和t>t0,有

    由(3)式易证n→∞时,eRm(i)$\xrightarrow{P}$∞.用t替换eEs+1,m(i),用x分别替换eEs-1,m(i)-Es+1,m(i)和eEsm(i)-Es+1,m(i).对充分大的n,考虑$\mathop \gamma \limits^ \wedge $ (ks)的上界

    注意到{l(Elm(i)-El+1,m(i))}(l≥1,i=1,2,…k)是独立同分布并服从于标准指数分布的[6].运用大数定律,$\mathop \gamma \limits^ \wedge $ (ks)的上界依概率收敛到$\frac{s}{2}$log(1+ε)+(γ+ε).用类似的方法可得到$\mathop \gamma \limits^ \wedge $ (ks)的下界,由ε具有任意性,定理得证.

    定理2的证明 运用条件(4)和柯尔莫哥洛夫强大数定律,可以得到

    对所有i-1,2,…,k都成立.用与定理1相似的证明方法,可得结论.

    定理3的证明 令${u_n} = E\left({\frac{1}{2}{\rm{log}}\frac{{{{\left({X_{s-1, m}^{\left(1 \right)}} \right)}^{s-1}}X_{s, m}^{\left(1 \right)}}}{{{{\left({X_{s + 1, m}^{\left(1 \right)}} \right)}^s}}}} \right)$,由正则变化,得

    注意到Tm(1)$\underline{\underline d} $E2,s(1)Sm(1)$\underline{\underline d} $E1,s(1)[5],则有

    由中心极限定理可得

    注意(6)式等价于

    由引理1和(11)式,并注意eTm(1)=eEs-1,m(1)-Es+1,m(1)$\underline{\underline d} $eE2,s(1),eSm(1)=eEsm(1)-Es+1,m(1)$\underline{\underline d} $eE1,s(1),则

    运用引理2和(7)式,有

    由(10)和(12)式,定理得证.

参考文献 (7)

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