- 【2021-3-5 分】 设总体 X 的概率分布为 P{X=1}=21−θ,P{X=2}=P{X=3}=41+θ,利用来自总体的样本值 1,3,2,2,1,3,1,2,可得 θ 的最大似然估计值为( )
A. 41 B. 83 C. 21 D. 85
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答案: A,即 θ^=41。
解析: 样本中取值 1,2,3 的次数分别为
n1=3,n2=3,n3=2.因此似然函数为
L(θ)=(21−θ)3(41+θ)5.取对数得
ℓ(θ)=3ln(1−θ)+5ln(1+θ)−3ln2−5ln4.求导:
ℓ′(θ)=−1−θ3+1+θ5.令 ℓ′(θ)=0,则
5(1−θ)=3(1+θ),从而
θ^=41.并且
ℓ′′(θ)=−(1−θ)23−(1+θ)25<0,故该驻点确为最大值点。其余选项均不满足似然方程。
- 【1991-4-5 分】 设总体 X 的概率密度为
p(x,λ)={λaxa−1e−λxa,0,x>0,x≤0,
其中 λ>0 是未知参数,a>0 是已知参数。试根据来自总体 X 的简单随机样本 X1,X2,⋯,Xn 求 λ 的最大似然估计量 λ^。
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解析: 当所有样本值均大于 0 时,似然函数为
L(λ)=i=1∏nλaXia−1e−λXia=λnani=1∏nXia−1exp(−λi=1∑nXia).对数似然函数为
ℓ(λ)=nlnλ+nlna+(a−1)i=1∑nlnXi−λi=1∑nXia.求导并令其为零:
ℓ′(λ)=λn−i=1∑nXia=0,得到
λ^=∑i=1nXian.又
ℓ′′(λ)=−λ2n<0,故它是唯一的最大似然估计量。
- 【1997-1-5 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x)={(θ+1)xθ,0,0<x<1,其他,
θ>−1 是未知参数,X1,X2,⋯,Xn 是来自总体 X 的一个容量为 n 的简单随机样本,分别用矩估计法和极大似然估计法求 θ 的估计量。
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答案: 矩估计量为
θ^M=1−Xˉ2Xˉ−1;最大似然估计量为
θ^ML=−∑i=1nlnXin−1.解析: (1)矩估计法
总体一阶原点矩为
E(X)=∫01x(θ+1)xθdx=(θ+1)∫01xθ+1dx=θ+2θ+1.令总体一阶矩等于样本一阶矩:
θ+2θ+1=Xˉ.解得
θ^M=1−Xˉ2Xˉ−1.(2)最大似然估计法
似然函数为
L(θ)=(θ+1)ni=1∏nXiθ,θ>−1.对数似然函数为
ℓ(θ)=nln(θ+1)+θi=1∑nlnXi.求导并令其为零:
ℓ′(θ)=θ+1n+i=1∑nlnXi=0.因此
θ^ML=−∑i=1nlnXin−1.由于 0<Xi<1,故 i=1∑nlnXi<0;同时
ℓ′′(θ)=−(θ+1)2n<0,所以所得驻点为最大值点。
- 【2002-3-3 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x;θ)={e−(x−θ),0,x≥θ,x<θ,
而 X1,X2,⋯,Xn 是来自总体 X 的简单随机样本,则未知参数 θ 的矩估计量为多少?
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解析: 令 Y=X−θ,则 Y 服从参数为 1 的指数分布,因此
E(Y)=1.故
E(X)=θ+E(Y)=θ+1.矩估计法令 E(X)=Xˉ,于是
θ+1=Xˉ,所以
θ^M=Xˉ−1.
- 【2002-1-7 分】 设总体 X 的概率分布为
其中 θ(0<θ<21) 是未知参数,利用总体 X 的如下样本值:3,1,3,0,3,1,2,3,求 θ 的矩估计值和最大似然估计值。
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答案: 矩估计值为
θ^M=41;最大似然估计值为
θ^ML=127−13.解析: (1)矩估计
总体均值为
E(X)=0⋅θ2+1⋅2θ(1−θ)+2θ2+3(1−2θ)=3−4θ.样本均值为
xˉ=83+1+3+0+3+1+2+3=2.令 E(X)=xˉ,得到
3−4θ=2,故
θ^M=41.(2)最大似然估计
样本中 0,1,2,3 出现的次数分别为 1,2,1,4,故似然函数为
L(θ)=(θ2)1[2θ(1−θ)]2(θ2)1(1−2θ)4=4θ6(1−θ)2(1−2θ)4,0<θ<21.对数似然函数为
ℓ(θ)=ln4+6lnθ+2ln(1−θ)+4ln(1−2θ).求导并令其为零:
ℓ′(θ)=θ6−1−θ2−1−2θ8=0.整理得
6(1−θ)(1−2θ)−2θ(1−2θ)−8θ(1−θ)=0,即
6−28θ+24θ2=0,也就是
12θ2−14θ+3=0.解得
θ=127±13.由于参数范围为 0<θ<21,只有
θ^ML=127−13符合要求。又似然函数在区间两端趋于 0,因此该内部驻点给出最大值。
- 【1999-1-6 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x)=⎩⎨⎧θ36x(θ−x),0,0<x<θ,其他,
X1,X2,⋯,Xn 是取自总体 X 的简单随机样本。
(1)求 θ 的矩估计量 θ^;
(2)求 θ^ 的方差 D(θ^)。
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解析: 先求总体的一阶矩:
E(X)=∫0θx⋅θ36x(θ−x)dx=θ36∫0θ(θx2−x3)dx=θ36(3θ4−4θ4)=2θ.令 E(X)=Xˉ,得到矩估计量
θ^=2Xˉ.为求其方差,再计算二阶矩:
E(X2)=∫0θx2⋅θ36x(θ−x)dx=θ36∫0θ(θx3−x4)dx=θ36(4θ5−5θ5)=103θ2.所以
D(X)=E(X2)−[E(X)]2=103θ2−4θ2=20θ2.由于样本独立同分布,
D(Xˉ)=nD(X)=20nθ2.故
D(θ^)=D(2Xˉ)=4D(Xˉ)=5nθ2.
- 【2000-1-8 分】 设某种元件的使用寿命 X 的概率密度为
f(x,θ)={2e−2(x−θ),0,x≥θ,x<θ,
其中 θ>0 为未知参数,又设 x1,x2,⋯,xn 是 X 的一组样本观测值,求参数 θ 的最大似然估计值。
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答案:θ^ML=x(1)=min{x1,x2,⋯,xn}.
解析: 记 x(1)=min{x1,x2,⋯,xn}。似然函数为
L(θ)=i=1∏n2e−2(xi−θ)I(θ≤xi)=2nexp(−2i=1∑nxi+2nθ)I(0<θ≤x(1)).在可行区间 0<θ≤x(1) 内,L(θ) 随 θ 单调增加,因此在右端点取得最大值,故
θ^ML=x(1).关键知识点是:当参数同时决定密度函数的支撑区间时,最大似然估计往往由样本极值给出,不能只对对数似然函数机械求导。
- 【2004-3-13 分】 设随机变量 X 的分布函数为
F(x;α,β)=⎩⎨⎧1−(xα)β,0,x>α,x≤α,
其中参数 α>0,β>1。设 X1,X2,⋯,Xn 为来自总体 X 的简单随机样本。
(1)当 α=1 时,求未知参数 β 的矩估计量;
(2)当 α=1 时,求未知参数 β 的最大似然估计量;
(3)当 β=2 时,求未知参数 α 的最大似然估计量。
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答案: (1)
β^M=Xˉ−1Xˉ;(2)
β^ML=∑i=1nlnXin;(3)
α^ML=X(1)=min{X1,X2,⋯,Xn}.解析: 由分布函数求导可得概率密度
f(x;α,β)=⎩⎨⎧xβ+1βαβ,0,x>α,x≤α.(1)当 α=1 时,
E(X)=∫1+∞x⋅xβ+1βdx=β∫1+∞x−βdx=β−1β.令 E(X)=Xˉ,则
Xˉ=β−1β,解得
β^M=Xˉ−1Xˉ.(2)当 α=1 时,似然函数为
L(β)=βni=1∏nXi−(β+1),β>1.对数似然函数为
ℓ(β)=nlnβ−(β+1)i=1∑nlnXi.令
ℓ′(β)=βn−i=1∑nlnXi=0,得到
β^ML=∑i=1nlnXin.并且
ℓ′′(β)=−β2n<0,故这是极大值点。若严格要求参数空间 β>1,则应在参数空间内比较;通常真样本下所得值按题目标准写成上述形式。
(3)当 β=2 时,似然函数为
L(α)=2nα2ni=1∏nXi−3I(0<α≤X(1)).在 0<α≤X(1) 内,L(α) 随 α 单调增加,故
α^ML=X(1).
- 【2004-1-9 分】 设总体 X 的分布函数为
F(x;β)=⎩⎨⎧1−xβ1,0,x>1,x≤1,
其中 β>1。设 X1,X2,⋯,Xn 为来自总体 X 的简单随机样本,求:
(1)β 的矩估计量;
(2)β 的最大似然估计量。
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答案:β^M=Xˉ−1Xˉ,β^ML=∑i=1nlnXin.
解析: 由分布函数可得概率密度
f(x;β)=⎩⎨⎧xβ+1β,0,x>1,x≤1.(1)矩估计
由于 β>1,总体均值存在,且
E(X)=∫1+∞x⋅xβ+1βdx=β∫1+∞x−βdx=β−1β.令 E(X)=Xˉ,解得
β^M=Xˉ−1Xˉ.(2)最大似然估计
似然函数为
L(β)=i=1∏nXiβ+1β=βni=1∏nXi−(β+1).对数似然函数为
ℓ(β)=nlnβ−(β+1)i=1∑nlnXi.求导并令其为零:
ℓ′(β)=βn−i=1∑nlnXi=0.所以
β^ML=∑i=1nlnXin.又 ℓ′′(β)=−β2n<0,故为最大值点。
- 【2006-3-13 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x;θ)=⎩⎨⎧θ,1−θ,0,0<x<1,1≤x<2,其他,
θ(0<θ<1) 是未知参数,X1,X2,⋯,Xn 为来自总体 X 的简单随机样本,记 N 为样本值 x1,x2,⋯,xn 中小于 1 的个数。
(1)求 θ 的矩估计;
(2)求 θ 的最大似然估计。
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答案: (1)θ 的矩估计量为
θ^M=23−Xˉ.(2)θ 的最大似然估计量为
θ^ML=nN.解析: (1)矩估计
总体的一阶原点矩为
E(X)=∫01xθdx+∫12x(1−θ)dx=2θ+23(1−θ)=23−θ.令总体一阶矩等于样本一阶矩,即
Xˉ=23−θ,解得
θ^M=23−Xˉ.(2)最大似然估计
样本中有 N 个观测值落在区间 (0,1),其余 n−N 个观测值落在区间 [1,2),故似然函数为
L(θ)=θN(1−θ)n−N,0<θ<1.对数似然函数为
ℓ(θ)=Nlnθ+(n−N)ln(1−θ).当 0<N<n 时,求导得
ℓ′(θ)=θN−1−θn−N.令 ℓ′(θ)=0,则
N(1−θ)=(n−N)θ,从而
θ^ML=nN.并且
ℓ′′(θ)=−θ2N−(1−θ)2n−N<0,故该驻点为唯一最大值点。若 N=0 或 N=n,似然函数分别在边界 θ=0 或 θ=1 处取得上确界;通常将参数空间闭包纳入考虑后,估计量仍统一写为 N/n。
- 【2006-1-9 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x;θ)=⎩⎨⎧θ,1−θ,0,0<x<1,1≤x<2,其他,
θ(0<θ<1) 是未知参数,X1,X2,⋯,Xn 为来自总体 X 的简单随机样本,记 N 为样本值 x1,x2,⋯,xn 中小于 1 的个数。求 θ 的最大似然估计。
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解析: 对给定样本,落在 (0,1) 内的 N 个样本点各贡献因子 θ,落在 [1,2) 内的 n−N 个样本点各贡献因子 1−θ,故似然函数为
L(θ)=θN(1−θ)n−N,0<θ<1.取对数得
ℓ(θ)=Nlnθ+(n−N)ln(1−θ).当 0<N<n 时,
ℓ′(θ)=θN−1−θn−N.令 ℓ′(θ)=0,可得
N(1−θ)=(n−N)θ,所以
θ^ML=nN.又有
ℓ′′(θ)=−θ2N−(1−θ)2n−N<0,因此该点为极大值点。若 N=0 或 N=n,最大值位于参数空间的相应边界,统一仍写成 θ^=N/n。
- 【2009-1-11 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x)={λ2xe−λx,0,x>0,其他,
其中参数 λ(λ>0) 未知,X1,X2,⋯,Xn 是来自总体 X 的简单随机样本。
(1)求参数 λ 的矩估计量;
(2)求参数 λ 的最大似然估计量。
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答案:λ^M=Xˉ2,λ^ML=∑i=1nXi2n=Xˉ2.
解析: 该分布是形状参数为 2、率参数为 λ 的伽马分布。
(1)矩估计
先求总体均值:
E(X)=∫0+∞xλ2xe−λxdx=λ2∫0+∞x2e−λxdx.利用
∫0+∞x2e−λxdx=λ32,得到
E(X)=λ2.令 E(X)=Xˉ,解得
λ^M=Xˉ2.(2)最大似然估计
当所有样本值均大于 0 时,似然函数为
L(λ)=i=1∏nλ2Xie−λXi=λ2n(i=1∏nXi)exp(−λi=1∑nXi).对数似然函数为
ℓ(λ)=2nlnλ+i=1∑nlnXi−λi=1∑nXi.求导并令其为零:
ℓ′(λ)=λ2n−i=1∑nXi=0.故
λ^ML=∑i=1nXi2n=Xˉ2.又
ℓ′′(λ)=−λ22n<0,所以所得驻点为唯一最大值点。本题中矩估计量与最大似然估计量相同。
- 【2011-1-11 分】 设 X1,X2,⋯,Xn 为来自正态总体 N(μ0,σ2) 的简单随机样本,其中 μ0 已知,σ2>0 未知。Xˉ 和 S2 分别表示样本均值和样本方差。
(1)求参数 σ2 的最大似然估计量 σ^2;
(2)计算 E(σ^2) 和 D(σ^2)。
查看答案与解析
答案: (1)
σ^2=n1i=1∑n(Xi−μ0)2=nn−1S2+(Xˉ−μ0)2.(2)
E(σ^2)=σ2,D(σ^2)=n2σ4.解析: (1)最大似然估计
样本的似然函数为
L(σ2)=(2πσ2)−2nexp[−2σ21i=1∑n(Xi−μ0)2].对数似然函数为
ℓ(σ2)=−2nln(2π)−2nlnσ2−2σ21i=1∑n(Xi−μ0)2.把 σ2 看作参数,求导得
d(σ2)dℓ=−2σ2n+2(σ2)21i=1∑n(Xi−μ0)2.令其等于零,得到
σ^2=n1i=1∑n(Xi−μ0)2.又由恒等式
i=1∑n(Xi−μ0)2=i=1∑n(Xi−Xˉ)2+n(Xˉ−μ0)2,可写成
σ^2=nn−1S2+(Xˉ−μ0)2.(2)期望与方差
由于
σ21i=1∑n(Xi−μ0)2∼χ2(n),所以
σ2nσ^2∼χ2(n).利用卡方分布的性质
E[χ2(n)]=n,D[χ2(n)]=2n,得到
E(σ^2)D(σ^2)=nσ2⋅n=σ2,=n2σ4⋅2n=n2σ4.因此,当总体均值已知时,σ^2 是 σ2 的无偏估计量。
- 【2012-1-11 分】 设随机变量 X 与 Y 相互独立,且分别服从正态分布 N(μ,σ2) 与 N(μ,2σ2),其中 σ 是未知参数且 σ>0。设 Z=X−Y。
(1)求 Z 的概率密度 f(z,σ2);
(2)设 Z1,Z2,⋯,Zn 为来自总体 Z 的简单随机样本,求 σ2 的最大似然估计量 σ^2;
(3)证明 σ^2 为 σ2 的无偏估计量。
查看答案与解析
答案: (1)
f(z;σ2)=6πσ21exp(−6σ2z2),−∞<z<+∞.(2)
σ^2=3n1i=1∑nZi2.(3)
E(σ^2)=σ2,故 σ^2 是 σ2 的无偏估计量。
解析: (1)求 Z 的分布
由于 X 与 Y 相互独立,且
X∼N(μ,σ2),Y∼N(μ,2σ2),所以正态随机变量的线性组合仍服从正态分布,并且
E(Z)=E(X−Y)=μ−μ=0,D(Z)=D(X−Y)=D(X)+D(Y)=σ2+2σ2=3σ2.因此
Z∼N(0,3σ2),其概率密度为
f(z;σ2)=2π⋅3σ21exp(−2⋅3σ2z2)=6πσ21exp(−6σ2z2).(2)最大似然估计
似然函数为
L(σ2)=i=1∏n6πσ21exp(−6σ2Zi2)=(6πσ2)−2nexp(−6σ21i=1∑nZi2).对数似然函数为
ℓ(σ2)=−2nln(6π)−2nlnσ2−6σ21i=1∑nZi2.求导得
d(σ2)dℓ=−2σ2n+6(σ2)21i=1∑nZi2.令其等于零,得到
3nσ2=i=1∑nZi2,因此
σ^2=3n1i=1∑nZi2.(3)无偏性
因为 Zi∼N(0,3σ2),所以
E(Zi2)=D(Zi)+[E(Zi)]2=3σ2.于是
E(σ^2)=E(3n1i=1∑nZi2)=3n1i=1∑nE(Zi2)=3n1⋅n⋅3σ2=σ2.故 σ^2 是 σ2 的无偏估计量。
- 【2013-13-11 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x;θ)=⎩⎨⎧x3θ2e−xθ,0,x>0,其他,
其中 θ 为未知参数且大于零,X1,X2,⋯,Xn 为来自总体 X 的简单随机样本。
(1)求 θ 的矩估计量;
(2)求 θ 的最大似然估计量。
查看答案与解析
答案: (1)θ^M=Xˉ。
(2)θ^L=∑i=1nXi12n。
解析: (1)矩估计
由数学期望的定义,
E(X)=∫0+∞x⋅x3θ2e−xθdx=θ2∫0+∞x21e−xθdx.令 u=xθ,则 x=uθ,dx=−u2θdu,故
E(X)=θ2∫+∞0θ2u2e−u(−u2θ)du=θ∫0+∞e−udu=θ.用样本一阶原点矩 Xˉ 代替总体一阶原点矩,得到
θ^M=Xˉ.(2)最大似然估计
似然函数为
L(θ)=i=1∏nXi3θ2e−Xiθ=θ2n(i=1∏nXi−3)exp(−θi=1∑nXi1),θ>0.对数似然函数为
ℓ(θ)=2nlnθ−3i=1∑nlnXi−θi=1∑nXi1.求导得
ℓ′(θ)=θ2n−i=1∑nXi1.令 ℓ′(θ)=0,得到
θ^L=∑i=1nXi12n.又
ℓ′′(θ)=−θ22n<0,故该驻点为似然函数的唯一最大值点。
- 【2014-1-11 分】 设总体 X 的分布函数为
F(x;θ)={1−e−θx2,0,x≥0,x<0,
其中 θ 为未知参数且大于零,X1,X2,⋯,Xn 为来自总体 X 的简单随机样本。
(1)求 E(X) 与 E(X2);
(2)求 θ 的极大似然估计量 θ^n;
(3)是否存在常数 a,使得对任意的 ε>0,都有
n→∞limP{∣θ^n−a∣≥ε}=0?
查看答案与解析
答案: (1)E(X)=2πθ,E(X2)=θ。
(2)θ^n=n1i=1∑nXi2。
(3)存在,且 a=θ。
解析: 由分布函数求导,得到总体 X 的概率密度
f(x;θ)=⎩⎨⎧θ2xe−θx2,0,x>0,x≤0.(1)计算数字特征
首先,
E(X)=∫0+∞x⋅θ2xe−θx2dx.令 u=θx2,则 x=θu,θ2xdx=du,从而
E(X)=θ∫0+∞u21e−udu=θΓ(23)=2πθ.同理,
E(X2)=∫0+∞x2⋅θ2xe−θx2dx=θ∫0+∞ue−udu=θ.(2)最大似然估计
似然函数为
L(θ)=i=1∏nθ2Xie−θXi2=2n(i=1∏nXi)θ−nexp(−θ1i=1∑nXi2).对数似然函数为
ℓ(θ)=nln2+i=1∑nlnXi−nlnθ−θ1i=1∑nXi2.求导得
ℓ′(θ)=−θn+θ21i=1∑nXi2.令 ℓ′(θ)=0,得到
θ^n=n1i=1∑nXi2.在该点有 ℓ′′(θ^n)<0,故它是最大似然估计量。
(3)相合性
由(1)知 E(Xi2)=θ。又令 Y=X2,则
P{Y≤y}=1−e−θy,y≥0,所以 Y=X2 服从均值为 θ 的指数分布,因而
D(X2)=θ2.于是
E(θ^n)=θ,D(θ^n)=nθ2.由切比雪夫不等式,任意 ε>0,有
P{∣θ^n−θ∣≥ε}≤ε2D(θ^n)=nε2θ2→0.因此存在常数 a=θ,使题设极限成立,即 θ^n 是 θ 的相合估计量。
- 【2015-13-11 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x;θ)=⎩⎨⎧1−θ1,0,θ≤x≤1,其他,
其中 θ 为未知参数,X1,X2,⋯,Xn 为来自该总体的简单随机样本。
(1)求 θ 的矩估计量;
(2)求 θ 的最大似然估计量。
查看答案与解析
答案: (1)θ^M=2Xˉ−1。
(2)θ^L=X(1)=min{X1,X2,⋯,Xn}。
解析: (1)矩估计
总体 X 在区间 [θ,1] 上服从均匀分布,因此
E(X)=2θ+1.令总体一阶原点矩等于样本一阶原点矩,得
Xˉ=2θ+1,故
θ^M=2Xˉ−1.(2)最大似然估计
记
X(1)=min{X1,X2,⋯,Xn}.似然函数为
L(θ)=(1−θ)−nI{θ≤X(1)≤X(n)≤1}.对固定样本观测值,在允许范围 θ≤X(1) 内,1−θ 随 θ 增大而减小,故 (1−θ)−n 随 θ 增大而增大。因此似然函数在允许范围的最右端取得最大值,即
θ^L=X(1).这里不能直接对对数似然函数求导而忽略示性函数,因为参数 θ 同时决定总体分布的取值区间。
- 【2017-13-11 分】 某工程师为了解一台天平的精度,用该天平对一物体的质量做 n 次测量,该物体的质量 μ 是已知的。设 n 次测量结果 X1,X2,⋯,Xn 相互独立且均服从正态分布 N(μ,σ2),该工程师记录的是 n 次测量的绝对误差
Zi=∣Xi−μ∣,i=1,2,⋯,n.
利用 Z1,Z2,⋯,Zn 估计 σ。
(Ⅰ)求 Z1 的概率密度;
(Ⅱ)利用一阶矩求 σ 的矩估计量;
(Ⅲ)求 σ 的最大似然估计量。
查看答案与解析
答案: (Ⅰ)
fZ(z;σ)=⎩⎨⎧πσ2e−2σ2z2,0,z≥0,z<0.(Ⅱ)σ^M=2πZˉ。
(Ⅲ)σ^L=n1i=1∑nZi2。
解析: (Ⅰ)求 Z1 的概率密度
令 Y=X1−μ,则 Y∼N(0,σ2),且 Z1=∣Y∣。当 z≥0 时,
FZ1(z)=P{∣Y∣≤z}=P{−z≤Y≤z}=2Φ(σz)−1.对 z 求导,得到
fZ(z;σ)=σ2φ(σz)=πσ2e−2σ2z2,z≥0.因此 Z1 服从参数为 σ 的半正态分布。
(Ⅱ)矩估计
由半正态分布的一阶矩,或直接计算,
E(Z1)=∫0+∞zπσ2e−2σ2z2dz=σπ2.令 E(Z1)=Zˉ,得到
σ^M=2πZˉ,Zˉ=n1i=1∑nZi.(Ⅲ)最大似然估计
似然函数为
L(σ)=i=1∏nπσ2e−2σ2Zi2=(π2)nσ−nexp(−2σ21i=1∑nZi2),σ>0.对数似然函数为
ℓ(σ)=nlnπ2−nlnσ−2σ21i=1∑nZi2.求导得
ℓ′(σ)=−σn+σ31i=1∑nZi2.令 ℓ′(σ)=0,得到
σ^L=n1i=1∑nZi2.该驻点使对数似然函数取得最大值,故为所求最大似然估计量。
- 【2018-13-11 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x;σ)=2σ1e−σ∣x∣,−∞<x<+∞,
其中 σ∈(0,+∞) 为未知参数,X1,X2,⋯,Xn 为来自总体 X 的简单随机样本。记 σ 的最大似然估计量为 σ^。
(Ⅰ)求 σ^;
(Ⅱ)求 E(σ^) 和 D(σ^)。
查看答案与解析
答案: (Ⅰ)σ^=n1i=1∑n∣Xi∣。
(Ⅱ)E(σ^)=σ,D(σ^)=nσ2。
解析: (Ⅰ)最大似然估计
似然函数为
L(σ)=i=1∏n2σ1e−σ∣Xi∣=(2σ)−nexp(−σ1i=1∑n∣Xi∣),σ>0.对数似然函数为
ℓ(σ)=−nln2−nlnσ−σ1i=1∑n∣Xi∣.求导得
ℓ′(σ)=−σn+σ21i=1∑n∣Xi∣.令 ℓ′(σ)=0,得到
σ^=n1i=1∑n∣Xi∣.又在该点有 ℓ′′(σ^)<0,故其为最大似然估计量。
(Ⅱ)计算期望与方差
令 Y=∣X∣。当 y≥0 时,Y 的概率密度为
fY(y)=fX(y)+fX(−y)=σ1e−σy.因此 Y=∣X∣ 服从均值为 σ 的指数分布,故
E(∣X∣)=σ,D(∣X∣)=σ2.由于 ∣X1∣,∣X2∣,⋯,∣Xn∣ 相互独立同分布,所以
E(σ^)D(σ^)=E(n1i=1∑n∣Xi∣)=σ,=D(n1i=1∑n∣Xi∣)=n21i=1∑nD(∣Xi∣)=nσ2.故 σ^ 还是 σ 的无偏估计量。
- 【2019-13-11 分】 设总体 X 的概率密度为
f(x;σ2)={Ae−2σ2(x−μ)2,0,x≥μ,x<μ,
其中 μ 是已知参数,σ>0 是未知参数,A 是常数,X1,X2,⋯,Xn 是来自总体 X 的简单随机样本。
(1)求 A 的值;
(2)求 σ2 的最大似然估计量。
查看答案与解析
答案: (1)A=2πσ2=π2σ1。
(2)σ2=n1i=1∑n(Xi−μ)2。
解析: (1)由概率密度的归一性,
∫−∞+∞f(x;σ2)dx=1.因此
A∫μ+∞e−2σ2(x−μ)2dx=1.令 u=σx−μ,则 dx=σdu,从而
∫μ+∞e−2σ2(x−μ)2dx=σ∫0+∞e−2u2du=σ2π.故
Aσ2π=1,即
A=π2σ1=2πσ2.这说明 X−μ 服从参数为 σ 的半正态分布。
(2)由样本观测值必须满足 xi≥μ,似然函数为
L(σ2)=i=1∏n[π2σ1e−2σ2(xi−μ)2]=(π2)2n(σ2)−2nexp[−2σ21i=1∑n(xi−μ)2].令 τ=σ2,则对数似然函数为
ℓ(τ)=2nlnπ2−2nlnτ−2τ1i=1∑n(xi−μ)2.求导得
ℓ′(τ)=−2τn+2τ21i=1∑n(xi−μ)2.令 ℓ′(τ)=0,可得
τ^=n1i=1∑n(xi−μ)2.且对数似然函数在该点取得最大值,故
σ2=n1i=1∑n(Xi−μ)2.
- 【2020-13-11 分】 设某元件使用寿命 T 的分布函数为
F(t)={1−e−(θt)m,0,t≥0,其他,
其中 θ,m 为参数且均大于零。
(1)求概率 P{T>t} 与 P{T>s+t∣T>s},其中 s>0,t>0;
(2)设取 n 个这样的元件做寿命试验,测得寿命 t1,t2,⋯,tn,其中 m 已知,求 θ 的最大似然估计值。
查看答案与解析
答案: (1)
P{T>t}=e−(θt)m,P{T>s+t∣T>s}=exp[−θm(s+t)m−sm].(2)
θ^=(n1i=1∑ntim)m1.解析: (1)当 t>0 时,由生存函数与分布函数的关系,
P{T>t}=1−F(t)=e−(θt)m.又因为事件 {T>s+t}⊂{T>s},所以
P{T>s+t∣T>s}=P{T>s}P{T>s+t}=e−(θs)me−(θs+t)m=exp[−θm(s+t)m−sm].当 m=1 时,上式化为 e−t/θ,与已经使用的时间 s 无关,体现指数分布的无记忆性;当 m=1 时,一般不具有无记忆性。
(2)对分布函数求导,得到 T 的概率密度
f(t;θ)=θmmtm−1e−θmtm,t>0.样本的似然函数为
L(θ)=i=1∏n(θmmtim−1e−θmtim)=mn(i=1∏ntim−1)θ−mnexp(−θm1i=1∑ntim).对数似然函数为
ℓ(θ)=nlnm+(m−1)i=1∑nlnti−mnlnθ−θm1i=1∑ntim.求导得
ℓ′(θ)=−θmn+θm+1mi=1∑ntim.令 ℓ′(θ)=0,得到
nθm=i=1∑ntim.因此
θ^=(n1i=1∑ntim)m1.
- 【2022-13-12 分】 设 X1,X2,⋯,Xn 是来自期望为 θ 的指数分布总体的简单随机样本,Y1,Y2,⋯,Ym 是来自期望为 2θ 的指数分布总体的简单随机样本,且 X1,X2,⋯,Xn,Y1,Y2,⋯,Ym 相互独立,其中 θ>0 是未知参数。求 θ 的极大似然估计量 θ^,并求 D(θ^)。
查看答案与解析
答案:θ^=n+m∑i=1nXi+21∑j=1mYj,
D(θ^)=n+mθ2.解析: 期望为 θ 的指数分布概率密度为
fX(x;θ)=θ1e−θx,x>0.期望为 2θ 的指数分布概率密度为
fY(y;θ)=2θ1e−2θy,y>0.由两组样本相互独立,联合似然函数为
L(θ)=i=1∏nθ1e−θxij=1∏m2θ1e−2θyj=2−mθ−(n+m)exp[−θ1(i=1∑nxi+21j=1∑myj)].对数似然函数为
ℓ(θ)=−mln2−(n+m)lnθ−θ1(i=1∑nxi+21j=1∑myj).求导得
ℓ′(θ)=−θn+m+θ21(i=1∑nxi+21j=1∑myj).令 ℓ′(θ)=0,得到
θ^=n+m∑i=1nXi+21∑j=1mYj.下面计算其方差。由于指数分布的方差等于其均值的平方,故
D(Xi)=θ2,D(Yj)=(2θ)2=4θ2.于是
D(21Yj)=41D(Yj)=θ2.再利用所有随机变量相互独立,得
D(θ^)=(n+m)21D(i=1∑nXi+21j=1∑mYj)=(n+m)21(nθ2+mθ2)=n+mθ2.此外,
E(θ^)=n+mnθ+21m(2θ)=θ,故该最大似然估计量也是 θ 的无偏估计量。