scipy 离散数据的拟合:负二项、泊松、几何分布

wi3ka0sx  于 2022-11-10  发布在  其他
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在scipy中没有支持使用数据拟合离散分布。我知道有很多关于这方面的主题。
例如,如果我有一个如下所示的数组:
X = [2、3、4、5、6、7、0、1、1、0、1、8、10、9、1、1、1、0、0]
我无法申请此阵列:

from scipy.stats import nbinom
param = nbinom.fit(x)

但是我想问你,到目前为止,有没有办法拟合这三个离散分布,然后选择最适合离散数据集的方法?

wbrvyc0a

wbrvyc0a1#

您可以使用Method of Moments来拟合任何特定的分布。
基本思想:得到经验的一阶矩、二阶矩等,然后从这些矩中导出分布参数。
所以,在所有这些情况下,我们只需要两个时刻。让我们得到它们:

import pandas as pd

# for other distributions, you'll need to implement PMF

from scipy.stats import nbinom, poisson, geom

x = pd.Series(x)
mean = x.mean()
var = x.var()
likelihoods = {}  # we'll use it later

注意:我用panda代替numpy。这是因为numpy的var()std()不适用于Bessel's correction,而panda的适用于Bessel's correction。如果你有100多个样本,应该不会有太大的差异,但在较小的样本上,这可能很重要。
现在,让我们来获取这些分布的参数。Negative binomial有两个参数:让我们估计它们并计算数据集的似然性:


# From the wikipedia page, we have:

# mean = pr / (1-p)

# var = pr / (1-p)**2

# without wiki, you could use MGF to get moments; too long to explain here

# Solving for p and r, we get:

p = 1 - mean / var  # TODO: check for zero variance and limit p by [0, 1]
r = (1-p) * mean / p

**UPD:**Wikipedia和scipy使用不同的p定义,一个将其视为成功的概率,另一个视为失败的概率。因此,为了与scipy的概念保持一致,用途:

p = mean / var
r = p * mean / (1-p)

UPD结束
更新版本2:

我建议使用@thilak的代码log likelihood来代替,它可以避免精度损失,这在大样本情况下尤其重要。

UPD 2结束

计算可能性:

likelihoods['nbinom'] = x.map(lambda val: nbinom.pmf(val, r, p)).prod()

Poisson也一样,只有一个参数:


# from Wikipedia,

# mean = variance = lambda. Nothing to solve here

lambda_ = mean
likelihoods['poisson'] = x.map(lambda val: poisson.pmf(val, lambda_)).prod()

Geometric distribution相同:


# mean = 1 / p  # this form fits the scipy definition

p = 1 / mean

likelihoods['geometric'] = x.map(lambda val: geom.pmf(val, p)).prod()

最后,让我们选择最适合的:

best_fit = max(likelihoods, key=lambda x: likelihoods[x])
print("Best fit:", best_fit)
print("Likelihood:", likelihoods[best_fit])

如果您有任何问题,请告诉我

1l5u6lss

1l5u6lss2#

马拉特的回答很棒。
除了马拉特的帖子,我肯定会推荐取概率密度函数的对数。一些关于为什么对数似然比似然更受欢迎的信息-https://math.stackexchange.com/questions/892832/why-we-consider-log-likelihood-instead-of-likelihood-in-gaussian-distribution
我会重写负二项分布的代码-

log_likelihoods = {}
log_likelihoods['nbinom'] = x.map(lambda val: nbinom.logpmf(val, r, p)).sum()

请注意,我使用了-

  • 用logpmf代替pmf
  • 用和代替积

为了找出最佳的分布-

best_fit = max(log_likelihoods, key=lambda x: log_likelihoods[x])
print("Best fit:", best_fit)
print("log_Likelihood:", log_likelihoods[best_fit])

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