Matriu de covariància

En estadística i teoria de la probabilitat, la matriu de covariància és una matriu que conté la covariància entre els elements d'un vector. És la generalització natural a dimensions superiors del concepte de variància d'una variable aleatòria escalar.[1]

Definició

modifica

Si les entrades del vector-columna

 

són variables aleatòries, cadascuna amb variància finita, llavors la matriu de covariància Σ és la matriu l'entrada ( i , j ) és la covariància

 

on

 

és el valor esperat de l'entrada i -èsima del vector X . En altres paraules, tenim

 

Com una generalització de la variància

modifica

L'anterior definició és equivalent a la igualtat matricial

 

Per tant, s'entén que això generalitza a majors dimensions el concepte de variància d'una variable aleatòria escalar X , definida com

 

on

 

Propietats

modifica

Per   i  , les següents propietats fonamentals es demostren correctes:

  1.  
  1.   és semidefinida positiva
  1.  
  1.  
  1.  
  1. Si els vectors   i   són d'igual dimensió, llavors  
  1.  
  1. Si   i   són independents, llavors  

on   i   són vectors aleatoris de dimensió  ,   és un vector aleatori  ,   és  ,   i   són matrius de  .

La matriu de covariància (encara que molt simple) és una eina molt útil en diversos camps. A partir d'ella es pot derivar una transformació lineal que pot de-correlacionar les dades o, des d'un altre punt de vista, trobar una base òptima per representar les dades de forma òptima (vegeu quocient de Rayleigh per la prova formal i altres propietats de les matrius de covariància). Això es diu anàlisi del component principal (PCA per les seves sigles en anglès) en estadística, i transformada de Karhunen-Loev a processament de la imatge.

Bibliografia addicional

modifica
  1. Ganapathy Vidyamurthy. Pairs trading: quantitative methods and analysis. John Wiley and Sons, 16 agost 2004, p. 42–. ISBN 9780471460671 [Consulta: 18 juny 2011].