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柯西分布


CauchyDistributionFigure

柯西分布,也称为洛伦兹分布或洛伦茨分布,是一种描述共振行为的连续分布。它还描述了以随机角度倾斜的线段切割 x的水平距离的分布。

theta 表示一条直线(旋转点固定)与垂直轴所成的角度,如上图所示。那么

tantheta=x/b
(1)
theta=tan^(-1)(x/b)
(2)
dtheta=1/(1+(x^2)/(b^2))(dx)/b
(3)
=(bdx)/(b^2+x^2),
(4)

因此,角度 theta 的分布由下式给出

 (dtheta)/pi=1/pi(bdx)/(b^2+x^2).
(5)

这是对所有角度归一化的,因为

 int_(-pi/2)^(pi/2)(dtheta)/pi=1
(6)

int_(-infty)^infty1/pi(bdx)/(b^2+x^2)=1/pi[tan^(-1)(x/b)]_(-infty)^infty
(7)
=1/pi[1/2pi-(-1/2pi)]
(8)
=1.
(9)
CauchyDistribution

一般柯西分布及其累积分布可以写成

P(x)=1/pib/((x-m)^2+b^2)
(10)
D(x)=1/2+1/pitan^(-1)((x-m)/b),
(11)

其中 b 是半峰全宽,m统计中位数。在上图中,m=0

柯西分布在 Wolfram 语言中实现为CauchyDistribution[m, Gamma/2].

特征函数

phi(t)=1/piint_(-infty)^inftye^(itx)(1/2Gamma)/((1/2Gamma)^2+(x-m)^2)dx
(12)
=e^(imt-Gamma|t|/2).
(13)

分布的 mu_n 未定义,因为积分

 mu_n=int_(-infty)^inftyGamma/(2pi)(x^n)/((x-m)^2+(1/2Gamma)^2)dx
(14)

n>=1 时发散。

如果 XY 是具有正态分布的变量,则 Z=X/Y 具有柯西分布,统计中位数m=0,全宽为

 Gamma=(2sigma_x)/(sigma_y).
(15)

来自柯西分布的 n 个变量之和本身也服从柯西分布,这可以从

P_n(x)=F_t^(-1){[phi(t)]^n}(x)
(16)
=((1/2nGamma))/(pi[(1/2nGamma)^2+(x-nm)^2]),
(17)

其中 phi(t)特征函数F_t^(-1)[f(t)](x) 是逆傅里叶变换,参数取 a=b=1


另请参阅

正态分布

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Papoulis, A. 概率、随机变量和随机过程,第 2 版。 New York: McGraw-Hill, p. 104, 1984.Spiegel, M. R. 概率与统计的理论和问题。 New York: McGraw-Hill, pp. 114-115, 1992.

在 Wolfram|Alpha 上引用

柯西分布

引用为

Weisstein, Eric W. "柯西分布。" 来自 MathWorld——Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/CauchyDistribution.html

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