协方差与相关系数
概述
协方差(Covariance)和相关系数(Correlation Coefficient)用于描述两个随机变量之间的线性相关程度,是多维随机变量分析的核心工具。
一、协方差
定义
协方差
设 为二维随机变量,、 存在,称 为 与 的协方差。
计算公式
性质
| 性质 | 公式 |
|---|---|
| 对称性 | |
| 与方差的关系 | |
| 线性性 | |
| 相加性 |
二、相关系数
定义
皮尔逊相关系数
设 ,,称 为 与 的相关系数。
性质
| 性质 | 说明 |
|---|---|
| 取值范围 | |
| 完全线性相关() | |
| 不相关(无线性关系) | |
| 正相关 | |
| 负相关 |
三、独立性与不相关
关键区别
- 独立 不相关(对任意分布都成立)
- 不相关 独立(一般情况下)
唯一例外:二维正态分布中,不相关 独立。
四、协方差矩阵
对于 维随机变量 ,定义协方差矩阵:
性质:
- 对称半正定矩阵
- 对角线元素为各分量的方差
- 非对角线元素为两两协方差
五、相关章节
- 第三章 多维随机变量及其分布 — 章节汇总
- 随机变量 — 协方差的研究对象
- 独立性 — 不相关 ≠ 独立(除正态分布外)
- 正态分布 — 二维正态分布中不相关等价于独立
- 中心极限定理 — 协方差矩阵在多维CLT中的作用