Это относится к более раннему вопросу еще в июне:
Расчет ожидания для пользовательского распределения в Mathematica
У меня есть нестандартный смешанный дистрибутив, определенный с помощью второго нестандартного дистрибутива, следующего за линиями, обсужденными @Sasha в ряде ответов за прошедший год.
Код, определяющий распределение:
nDist /: CharacteristicFunction[nDist[a_, b_, m_, s_],
t_] := (a b E^(I m t - (s^2 t^2)/2))/((I a + t) (-I b + t));
nDist /: PDF[nDist[a_, b_, m_, s_], x_] := (1/(2*(a + b)))*a*
b*(E^(a*(m + (a*s^2)/2 - x))* Erfc[(m + a*s^2 - x)/(Sqrt[2]*s)] +
E^(b*(-m + (b*s^2)/2 + x))*
Erfc[(-m + b*s^2 + x)/(Sqrt[2]*s)]);
nDist /: CDF[nDist[a_, b_, m_, s_],
x_] := ((1/(2*(a + b)))*((a + b)*E^(a*x)*
Erfc[(m - x)/(Sqrt[2]*s)] -
b*E^(a*m + (a^2*s^2)/2)*Erfc[(m + a*s^2 - x)/(Sqrt[2]*s)] +
a*E^((-b)*m + (b^2*s^2)/2 + a*x + b*x)*
Erfc[(-m + b*s^2 + x)/(Sqrt[2]*s)]))/ E^(a*x);
nDist /: Quantile[nDist[a_, b_, m_, s_], p_] :=
Module[{x},
x /. FindRoot[CDF[nDist[a, b, m, s], x] == #, {x, m}] & /@ p] /;
VectorQ[p, 0 < # < 1 &]
nDist /: Quantile[nDist[a_, b_, m_, s_], p_] :=
Module[{x}, x /. FindRoot[CDF[nDist[a, b, m, s], x] == p, {x, m}]] /;
0 < p < 1
nDist /: Quantile[nDist[a_, b_, m_, s_], p_] := -Infinity /; p == 0
nDist /: Quantile[nDist[a_, b_, m_, s_], p_] := Infinity /; p == 1
nDist /: Mean[nDist[a_, b_, m_, s_]] := 1/a - 1/b + m;
nDist /: Variance[nDist[a_, b_, m_, s_]] := 1/a^2 + 1/b^2 + s^2;
nDist /: StandardDeviation[ nDist[a_, b_, m_, s_]] :=
Sqrt[ 1/a^2 + 1/b^2 + s^2];
nDist /: DistributionDomain[nDist[a_, b_, m_, s_]] :=
Interval[{0, Infinity}]
nDist /: DistributionParameterQ[nDist[a_, b_, m_, s_]] := !
TrueQ[Not[Element[{a, b, s, m}, Reals] && a > 0 && b > 0 && s > 0]]
nDist /: DistributionParameterAssumptions[nDist[a_, b_, m_, s_]] :=
Element[{a, b, s, m}, Reals] && a > 0 && b > 0 && s > 0
nDist /: Random`DistributionVector[nDist[a_, b_, m_, s_], n_, prec_] :=
RandomVariate[ExponentialDistribution[a], n,
WorkingPrecision -> prec] -
RandomVariate[ExponentialDistribution[b], n,
WorkingPrecision -> prec] +
RandomVariate[NormalDistribution[m, s], n,
WorkingPrecision -> prec];
(* Fitting: This uses Mean, central moments 2 and 3 and 4th cumulant \
but it often does not provide a solution *)
nDistParam[data_] := Module[{mn, vv, m3, k4, al, be, m, si},
mn = Mean[data];
vv = CentralMoment[data, 2];
m3 = CentralMoment[data, 3];
k4 = Cumulant[data, 4];
al =
ConditionalExpression[
Root[864 - 864 m3 #1^3 - 216 k4 #1^4 + 648 m3^2 #1^6 +
36 k4^2 #1^8 - 216 m3^3 #1^9 + (-2 k4^3 + 27 m3^4) #1^12 &,
2], k4 > Root[-27 m3^4 + 4 #1^3 &, 1]];
be = ConditionalExpression[
Root[2 Root[
864 - 864 m3 #1^3 - 216 k4 #1^4 + 648 m3^2 #1^6 +
36 k4^2 #1^8 -
216 m3^3 #1^9 + (-2 k4^3 + 27 m3^4) #1^12 &,
2]^3 + (-2 +
m3 Root[
864 - 864 m3 #1^3 - 216 k4 #1^4 + 648 m3^2 #1^6 +
36 k4^2 #1^8 -
216 m3^3 #1^9 + (-2 k4^3 + 27 m3^4) #1^12 &,
2]^3) #1^3 &, 1], k4 > Root[-27 m3^4 + 4 #1^3 &, 1]];
m = mn - 1/al + 1/be;
si =
Sqrt[Abs[-al^-2 - be^-2 + vv ]];(*Ensure positive*)
{al,
be, m, si}];
nDistLL =
Compile[{a, b, m, s, {x, _Real, 1}},
Total[Log[
1/(2 (a +
b)) a b (E^(a (m + (a s^2)/2 - x)) Erfc[(m + a s^2 -
x)/(Sqrt[2] s)] +
E^(b (-m + (b s^2)/2 + x)) Erfc[(-m + b s^2 +
x)/(Sqrt[2] s)])]](*, CompilationTarget->"C",
RuntimeAttributes->{Listable}, Parallelization->True*)];
nlloglike[data_, a_?NumericQ, b_?NumericQ, m_?NumericQ, s_?NumericQ] :=
nDistLL[a, b, m, s, data];
nFit[data_] := Module[{a, b, m, s, a0, b0, m0, s0, res},
(* So far have not found a good way to quickly estimate a and \
b. Starting assumption is that they both = 2,then m0 ~=
Mean and s0 ~=
StandardDeviation it seems to work better if a and b are not the \
same at start. *)
{a0, b0, m0, s0} = nDistParam[data];(*may give Undefined values*)
If[! (VectorQ[{a0, b0, m0, s0}, NumericQ] &&
VectorQ[{a0, b0, s0}, # > 0 &]),
m0 = Mean[data];
s0 = StandardDeviation[data];
a0 = 1;
b0 = 2;];
res = {a, b, m, s} /.
FindMaximum[
nlloglike[data, Abs[a], Abs[b], m,
Abs[s]], {{a, a0}, {b, b0}, {m, m0}, {s, s0}},
Method -> "PrincipalAxis"][[2]];
{Abs[res[[1]]], Abs[res[[2]]], res[[3]], Abs[res[[4]]]}];
nFit[data_, {a0_, b0_, m0_, s0_}] := Module[{a, b, m, s, res},
res = {a, b, m, s} /.
FindMaximum[
nlloglike[data, Abs[a], Abs[b], m,
Abs[s]], {{a, a0}, {b, b0}, {m, m0}, {s, s0}},
Method -> "PrincipalAxis"][[2]];
{Abs[res[[1]]], Abs[res[[2]]], res[[3]], Abs[res[[4]]]}];
dDist /: PDF[dDist[a_, b_, m_, s_], x_] :=
PDF[nDist[a, b, m, s], Log[x]]/x;
dDist /: CDF[dDist[a_, b_, m_, s_], x_] :=
CDF[nDist[a, b, m, s], Log[x]];
dDist /: EstimatedDistribution[data_, dDist[a_, b_, m_, s_]] :=
dDist[Sequence @@ nFit[Log[data]]];
dDist /: EstimatedDistribution[data_,
dDist[a_, b_, m_,
s_], {{a_, a0_}, {b_, b0_}, {m_, m0_}, {s_, s0_}}] :=
dDist[Sequence @@ nFit[Log[data], {a0, b0, m0, s0}]];
dDist /: Quantile[dDist[a_, b_, m_, s_], p_] :=
Module[{x}, x /. FindRoot[CDF[dDist[a, b, m, s], x] == p, {x, s}]] /;
0 < p < 1
dDist /: Quantile[dDist[a_, b_, m_, s_], p_] :=
Module[{x},
x /. FindRoot[ CDF[dDist[a, b, m, s], x] == #, {x, s}] & /@ p] /;
VectorQ[p, 0 < # < 1 &]
dDist /: Quantile[dDist[a_, b_, m_, s_], p_] := -Infinity /; p == 0
dDist /: Quantile[dDist[a_, b_, m_, s_], p_] := Infinity /; p == 1
dDist /: DistributionDomain[dDist[a_, b_, m_, s_]] :=
Interval[{0, Infinity}]
dDist /: DistributionParameterQ[dDist[a_, b_, m_, s_]] := !
TrueQ[Not[Element[{a, b, s, m}, Reals] && a > 0 && b > 0 && s > 0]]
dDist /: DistributionParameterAssumptions[dDist[a_, b_, m_, s_]] :=
Element[{a, b, s, m}, Reals] && a > 0 && b > 0 && s > 0
dDist /: Random`DistributionVector[dDist[a_, b_, m_, s_], n_, prec_] :=
Exp[RandomVariate[ExponentialDistribution[a], n,
WorkingPrecision -> prec] -
RandomVariate[ExponentialDistribution[b], n,
WorkingPrecision -> prec] +
RandomVariate[NormalDistribution[m, s], n,
WorkingPrecision -> prec]];
Это позволяет мне подогнать параметры распределения и генерировать PDF и CDF . Пример участков:
Plot[PDF[dDist[3.77, 1.34, -2.65, 0.40], x], {x, 0, .3},
PlotRange -> All]
Plot[CDF[dDist[3.77, 1.34, -2.65, 0.40], x], {x, 0, .3},
PlotRange -> All]
Теперь я определил function для вычисления среднего остаточного ресурса (см. этот вопрос для объяснения).
MeanResidualLife[start_, dist_] :=
NExpectation[X \[Conditioned] X > start, X \[Distributed] dist] -
start
MeanResidualLife[start_, limit_, dist_] :=
NExpectation[X \[Conditioned] start <= X <= limit,
X \[Distributed] dist] - start
Первый из них, который не устанавливает ограничение, как во втором, требует много времени для вычисления, но они оба работают.
Теперь мне нужно найти минимум функции MeanResidualLife для того же распределения (или его разновидности) или минимизировать его.
Я пробовал несколько вариантов этого:
FindMinimum[MeanResidualLife[x, dDist[3.77, 1.34, -2.65, 0.40]], x]
FindMinimum[MeanResidualLife[x, 1, dDist[3.77, 1.34, -2.65, 0.40]], x]
NMinimize[{MeanResidualLife[x, dDist[3.77, 1.34, -2.65, 0.40]],
0 <= x <= 1}, x]
NMinimize[{MeanResidualLife[x, 1, dDist[3.77, 1.34, -2.65, 0.40]], 0 <= x <= 1}, x]
Кажется, они либо вечны, либо сталкиваются с:
Power :: infy: встречается бесконечное выражение 1 / 0. >>
Функция MeanResidualLife, примененная к более простому, но похожему по форме распределению, показывает, что он имеет единственный минимум:
Plot[PDF[LogNormalDistribution[1.75, 0.65], x], {x, 0, 30},
PlotRange -> All]
Plot[MeanResidualLife[x, LogNormalDistribution[1.75, 0.65]], {x, 0,
30},
PlotRange -> {{0, 30}, {4.5, 8}}]
Также оба:
FindMinimum[MeanResidualLife[x, LogNormalDistribution[1.75, 0.65]], x]
FindMinimum[MeanResidualLife[x, 30, LogNormalDistribution[1.75, 0.65]], x]
дать мне ответы (если сначала с кучей сообщений) при использовании с LogNormalDistribution.
Есть мысли о том, как заставить это работать для пользовательского дистрибутива, описанного выше?
Нужно ли добавлять ограничения или параметры?
Нужно ли определять что-то еще в определениях пользовательских дистрибутивов?
Может быть, FindMinimum или NMinimize просто нужно работать дольше (я пробежал их почти час безрезультатно). Если так, то мне просто нужен какой-то способ ускорить поиск минимума функции? Любые предложения о том, как?
Есть ли у Mathematica другой способ сделать это?
Добавлено 9 февраля, 17:50 EST:
Любой желающий может загрузить презентацию Александра Павлика о создании дистрибутивов в Mathematica с семинара Wolfram Technology Conference 2011 «Создайте свой собственный дистрибутив» здесь . Загружаемые файлы включают блокнот 'ExampleOfParametricDistribution.nb', в котором, по-видимому, изложены все элементы, необходимые для создания дистрибутива, который можно использовать, например, дистрибутивы, поставляемые с Mathematica.
Может дать некоторые ответы.