BDA3の2.11 Exercisesの17を解く。 リンクはBayesian Data Analysis。
最高事後信用区間(highest posterior interval)は中央事後信用区間(central posterior interval)と違い、変換に関し不変でない。 σ2nν∼χn2とし、σは無情報事前分布p(σ)∝σ−1を持つとする。
using Distributions, StatsPlots
plot(Chisq(10),yrotation=90,label="Chisq(10)")
savefig(joinpath(@OUTPUT, "Chisq10.svg"))
nothing
χn2は左右対称でない。
u=σ2とおくとσ=uである。
p(σ2)=p(u) 確率密度関数は1対1の変数の変換φ=h(θ)に関し
p(φ)=p(θ)∣dφdθ∣=p(θ)∣h′(θ)∣−1 が成り立つ。今、θ=u、φ=h(θ)=θ2=uとすると、
p(u)=p(u)∣dudu∣=p(u)21u−21 u=σ2、σ=uなので
p(σ2)=21σ−1p(σ) σは事前分布として、p(σ)∝σ−1であると仮定しているので、
p(σ2)∝σ−1σ−1=σ−2 χn2の確率密度関数は
p(y;n)=2n/2Γ(n/2)yn/2−1e−y/2,y>0. である。y=σ2nνとすると
p(y∣σ)∝(σ2nν)n/2−1e−2σ2nν∝(σ−2)n/2−1e−2σ2nν=σ−n+2e−2σ2nν である。σの事後分布は
p(σ∣y)∝p(y∣σ)p(σ)∝σ−n+2e−2σ2nνσ−1=σ−n+1e−2σ2nν σ2の事後分布は
p(σ2∣y)∝p(y∣σ2)p(σ2)∝σ−n+2e−2σ2nνσ−2=σ−ne−2σ2nν=(σ2)−n/2e−2σ2nν である。(a,b)をσ∣yの95%最高事後信用区間とするとp(σ=a∣y)=p(σ=b∣y)となる。
a−n/2+1/2e−2anν=b−n/2+1/2e−2bnν (a,b)を単純に2乗して変換した(a,b)はσ2∣yの95%最高事後信用区間となるか? 95%最高事後信用区間であるならp(σ2=a∣y)=p(σ2=b∣y)となるはずである。
(a)−n/2e−2anν=(b)−n/2e−2bnν (10)を(11)で割ると
a1/2=b1/2 となる。したがってa=bである。 しかし、aとbは信用区間の両端なので、これはあり得ない。 よって、(a,b)はσ2∣yの95%最高事後信用区間ではない。