Shpërndarja log-normale
Stampa:Infobox shpërndarja e gjasës
Në teorinë e probabilitetit, një shpërndarje log-normale (ose lognormale ) është një shpërndarje e vazhdueshme probabiliteti e një ndryshoreje të rastit logaritmi i së cilës shpërndahet normalisht . Kështu, nëse ndryshorja e rastit është e shpërndarë në mënyrë log-normale, atëherë ka një shpërndarje normale. [1] [2] Në mënyrë ekuivalente, nëse ka një shpërndarje normale, atëherë funksioni eksponencial i , , ka një shpërndarje log-normale. Një ndryshore e rastit e cila shpërndahet log-normalisht merr vetëm vlera reale pozitive. Është një model i përshtatshëm dhe i dobishëm për matjet në shkencat ekzakte dhe inxhinierike, si dhe mjekësi, ekonomi dhe tema të tjera (p.sh., energjitë, përqendrimet, gjatësitë, çmimet e instrumenteve financiare dhe metrika të tjera).
Shpërndarja përmendet herë pas here si shpërndarja Galton ose shpërndarja e Galtonit, pas Francis Galton. Shpërndarja log-normale është shoqëruar edhe me emra të tjerë, si McAlister, Gibrat dhe Cobb-Douglas .
Një proces log-normal është realizimi statistikor i produktit shumëzues të shumë ndryshoreve të rastit të pavarura, secila prej të cilave është pozitive. Kjo justifikohet duke marrë parasysh teoremën qëndrore limite në domenin logaritmik (nganjëherë quhet ligji i Gibratit ). Shpërndarja log-normale është shpërndarja maksimale e probabilitetit të entropisë për një variacion të rastit X — për të cilin është specifikuar mesatarja dhe varianca e . [3]
Përkufizimet
Gjenerimi dhe parametrat
Le të jetë një ndryshore normale standarde dhe le të jetë dhe të jenë dy numra realë. Pastaj, shpërndarja e ndryshores së rastit
quhet shpërndarja log-normale me parametra dhe . Këto janë pritja matematike (ose mesatarja ) dhe shmangia standarde e logaritmit natyror të ndryshores, jo pritshmëria dhe devijimi standard i vetë.

Kjo marrëdhënie është e vërtetë pavarësisht nga baza e funksionit logaritmik ose eksponencial: nëse shpërndahet normalisht, atëherë kështu është për çdo dy numra pozitivë . Po kështu, nëse shpërndahet log-normalisht, atëherë kështu është , ku .
Për të prodhuar një shpërndarje me mesataren e dëshiruar dhe variancë , përdoret dhe
Funksioni i densitetit të probabilitetit
Një ndryshore e rastit pozitive është e shpërndarë log-normalisht (d.m.th. ), nëse logaritmi natyror i X është i shpërndarë normalisht me mesatare dhe variancë :
Le të jenë dhe përkatësisht funksioni mbledhës i shpërndarjes së probabilitetit dhe funksioni i dendësisë së probabilitetit të shpërndarjes N (0,1), atëherë marrim [1]
Funksioni i shpërndarjes mbledhëse
The cumulative distribution function is
ku është funksioni mbledhës i shpërndarjes së shpërndarjes normale standarde (dmth., ).
Kjo mund të shprehet edhe si vijon: [1]
ku erfc është funksioni i gabimit plotësues .
Modaliteti, mesatarja, kuantilet

Moda është pika e maksimumit global të funksionit të dendësisë së probabilitetit. Në veçanti, duke zgjidhur ekuacionin , marrim se:
Meqenëse ndryshorja e log-transformuar ka një shpërndarje normale, dhe kuantilet ruhen nën shndërrimet monotonike, kuantilet e janë
ku është kuantili i shpërndarjes normale standarde.
Në mënyrë të veçantë, mediana e një shpërndarjeje log-normale është e barabartë me mesataren e saj shumëzuese, [4]
Pritja e pjesshme
Pritja e pjesshme e një ndryshoreje të rastit në lidhje me një prag përkufizohet si
Përndryshe, duke përdorur përkufizimin e pritjes së kushtëzuar, mund të shkruhet si . Për një ndryshore të rastit log-normale, pritja e pjesshme jepet nga:
ku është funksioni normal kumulativ i shpërndarjes.
Pritja e kushtëzuar
Pritja e kushtëzuar e një ndryshoreje të rastit log-normale - në lidhje me një prag — A është pritshmëria e saj e pjesshme e ndarë me probabilitetin mbledhës për të qenë në atë shtrirje:
Shumëfishi, e anasjellta, fuqia
- Shumëzimi me një konstante: Nëse atëherë për
- Reciproke: Nëse atëherë
- Fuqia: Nëse atëherë për
Shumëzimi dhe pjesëtimi i ndryshoreve të rastit të pavarura, log-normale
Nëse dy ndryshore të pavarura, log-normale dhe janë shumëzuar [pjestuar], produkti [raporti] është përsëri log-normal, me parametra [ ] dhe , ku . Kjo përgjithësohet lehtësisht në produktin e ndryshoreve të tilla.
Në përgjithësi, nëse janë ndryshore të pavarura, të shpërndara normalisht në log, atëherë
Shpërndarjet e ndërlidhura
- Nëse është një shpërndarje normale, atëherë
- Nëse shpërndahet log-normalisht, atëherë është një ndryshore e rastit normale.
- Le të jenë ndryshore të pavarura log-normalisht të shpërndara me mundësisht të ndryshme dhe parametrat, dhe . Shpërndarja e nuk ka shprehje në formë të mbyllur, por mund të përafrohet në mënyrë të arsyeshme nga një shpërndarje tjetër log-normale në bishtin e djathtë. [5] Funksioni i tij i dendësisë së probabilitetit në afërsi të 0-së është karakterizuar dhe nuk i ngjan ndonjë shpërndarjeje log-normale. Një përafrim i përdorur zakonisht për shkak të LF Fenton (por i deklaruar më parë nga RI Wilkinson dhe i justifikuar matematikisht nga Marlow [6] ) përftohet duke përputhur mesataren dhe variancën e një shpërndarjeje tjetër log-normale:
Shuma e ndryshoreve të rastit të korreluara log-normalisht të shpërndara mund të përafrohet gjithashtu nga një shpërndarje log-normale
- Nëse pastaj thuhet se ka një shpërndarje log-normale me tre parametra me mbështetje . [7] , .
- Shpërndarja log-normale është një rast i veçantë i shpërndarjes SU gjysmë të kufizuar të Xhonsonit . [8]
- Nëse me , pastaj ( Shpërndarja Suzuki ).
Konkluzioni statistikor
Vlerësimi i parametrave
Për përcaktimin e vlerësuesve të përgjasisë maksimale të parametrave të shpërndarjes log-normale μ dhe σ, mund të përdorim të njëjtën procedurë si për shpërndarjen normale . Vini re seku është funksioni i dendësisë së shpërndarjes normale . Prandaj, funksioni log-përgjasi ështëMeqenëse termi i parë është konstant në lidhje me μ dhe σ, të dy funksionet e përgjasisë logaritmike, dhe , arrijnë maksimumin e tyre me të njëjtën dhe . Prandaj, vlerësuesit e përgjasisë maksimale janë identikë me ata për një shpërndarje normale për vëzhgimet ,
Ndodhia dhe zbatimet
Shpërndarja log-normale është e rëndësishme në përshkrimin e dukurive natyrore. Shumë procese të rritjes natyrore nxiten nga mbledhja i shumë ndryshimeve të vogla në përqindje të cilat bëhen shtuese në një shkallë logaritmike. Nën kushte të përshtatshme rregullsie, shpërndarja e ndryshimeve të mbledhura që rezultojnë do të përafrohet gjithnjë e më mirë nga një log-normale. Ky njihet gjithashtu si ligji i Gibratit, sipas Robert Gibrat (1904–1980) i cili e formuloi atë për kompanitë. [9] Nëse shkalla e mbledhjes së këtyre ndryshimeve të vogla nuk ndryshon me kalimin e kohës, rritja bëhet e pavarur nga madhësia. Edhe nëse ky supozim nuk është i vërtetë, shpërndarjet e madhësisë në çdo moshë të gjërave që rriten me kalimin e kohës priren të jenë log-normale. Rrjedhimisht, shtrirja e referencës për matjet në individë të shëndetshëm vlerësohen më saktë duke supozuar një shpërndarje log-normale sesa duke supozuar një shpërndarje simetrike rreth mesatares.
Një justifikim i dytë bazohet në vëzhgimin se ligjet themelore natyrore nënkuptojnë shumëzime dhe pjesëtime të ndryshoreve pozitive. Shembuj janë ligji i thjeshtë i gravitetit që lidh masat dhe largësinë me forcën që rezulton, ose formula për përqendrimet e baraspeshës të kimikateve në një tretësirë që lidh përqendrimet e edukteve dhe produkteve. Supozimi i shpërndarjeve log-normale të ndryshoreve të përfshira çon në modele të qëndrueshme në këto raste.
Sjellje njerezore
- Gjatësia e komenteve të postuara në forumet e diskutimit në internet ndjek një shpërndarje log-normale. [10]
- Koha e qëndrimit të përdoruesve nëpër artikuj online (shaka, lajme etj.) ndjek një shpërndarje normale.
- Kohëzgjatja e lojërave të shahut priret të ndjekë një shpërndarje log-normale. [11]
- Kohëzgjatja e fillimit të stimujve të krahasimit akustik që përputhen me një stimul standard ndjekin një shpërndarje log-normale. [12]
Biologji dhe mjekësi
- Matjet e madhësisë së indeve të gjallë (gjatësia, zona e lëkurës, pesha). [13]
- Periudha e inkubacionit të sëmundjeve. [14]
- Diametrat e njollave të gjetheve të bananes, myk pluhur në elb. [15]
- Për epidemitë shumë të transmetueshme, si SARS në 2003, nëse përfshihen politikat e kontrollit të ndërhyrjes publike, numri i rasteve të shtruara në spital tregohet se plotëson shpërndarjen log-normale pa parametra të lirë nëse supozohet një entropi dhe shmangie standarde përcaktohet nga parimi i shkallës maksimale të prodhimit të entropisë . [16]
- Gjatësia e shtojcave inerte (flokët, kthetrat, thonjtë, dhëmbët) e ekzemplarëve biologjikë.
- Disa matje fiziologjike, të tilla si tensioni i gjakut i njerëzve të rritur (pas ndarjes në nënpopullata meshkuj/femra). [17]
- Disa variabla farmakokinetikë, si C <sub id="mwAsM">max</sub>, koha e gjysëmeliminimit dhe konstantja e shkallës së eliminimit . [18]
- Në neuroshkencë, shpërndarja e ritmeve të shkrepjes në një popullatë neuronesh është shpesh afërsisht log-normale. Kjo është vërejtur fillimisht në korteks dhe striatum dhe më vonë në hipokampus dhe korteksin entorhinal, [19] dhe gjetkë në tru. [20] [21] Gjithashtu, shpërndarjet e fitimit të brendshëm dhe shpërndarjet e peshës sinaptike duket të jenë gjithashtu log-normale [22] .
- Në menaxhimin e sallave të operacionit, shpërndarja e kohëzgjatjes së operacionit .
- Në madhësinë e orteqeve të thyerjeve në citoskeletin e qelizave të gjalla, duke treguar shpërndarje log-normale, me madhësi dukshëm më të lartë në qelizat kancerogjene sesa ato të shëndetshme. [23]
Kimia
- Shpërndarjet e madhësisë së grimcave dhe shpërndarjet e masës molare .
- Përqendrimi i elementeve të rrallë në minerale. [24]
- Diametrat e kristaleve në akullore, pika vaji në majonezë, poret në tortën me kakao. [15]

Shkencat sociale dhe demografia
- Në ekonomi, ka dëshmi se të ardhurat e 97%-99% të popullsisë shpërndahen log-normalisht. [25] (Shpërndarja e personave me të ardhura më të larta ndjek një shpërndarje Pareto ).
- Nëse një shpërndarje e të ardhurave ndjek një shpërndarje log-normale me shmangie standarde , atëherë koeficienti Gini, i përdorur zakonisht për të vlerësuar pabarazinë e të ardhurave, mund të llogaritet si ku është funksioni i gabimit, pasi , ku është funksioni mbledhës i shpërndarjes së një shpërndarjeje normale standarde.
- Në financë, në veçanti modeli Black–Scholes, ndryshimet në logaritmin e kurseve të këmbimit, indekseve të çmimeve dhe indekseve të tregut të aksioneve supozohen normale [26] (këto ndryshore sillen si interes i përbërë, jo si interes i thjeshtë, dhe kështu janë shumëzuese) . Megjithatë, disa matematikanë të tillë si Benoit Mandelbrot kanë argumentuar [27] se shpërndarjet log-Lévy, e cila ka për karakteristikë bishta të rëndë do të ishte një model më i përshtatshëm, veçanërisht për analizën për rrëzimet e tregut të aksioneve . Në të vërtetë, shpërndarjet e çmimeve të aksioneve zakonisht shfaqin një bisht të trashë . [28] Shpërndarja me bishta të trashë e ndryshimeve gjatë rrëzimeve të tregut të aksioneve zhvlerëson supozimet e teoremës qëndrore limite .
- Në Scientometrics, numri i citimeve në artikujt e revistave dhe patentave ndjek një shpërndarje diskrete log-normale. [29] [30]
- Madhësitë e qyteteve (popullsia) plotësojnë Ligjin e Gibratit. [31] Procesi i rritjes së përmasave të qyteteve është proporcional dhe i pandryshueshëm në lidhje me madhësinë. Prandaj, nga teorema qëndrore limite, regjistri i madhësisë së qytetit shpërndahet normalisht.
- Numri i partnerëve seksualë duket se përshkruhet më së miri nga një shpërndarje log-normale. [32]
Teknologjia
- Në analizën e besueshmërisë, shpërndarja log-normale përdoret shpesh për të modeluar kohët për të riparuar një sistem të mirëmbajtshëm. [33]
- Në komunikimin me valë, "fuqia mesatare vendore e shprehur në vlera logaritmike, të tilla si dB ose neper, ndjek një shpërndarje normale (dmth. Gaussian). [34] Gjithashtu, pengimi i rastësishëm i sinjaleve të radios për shkak të ndërtesave dhe kodrave të mëdha, i quajtur hijezim, shpesh modelohet si një shpërndarje log-normale.
- Shpërndarja e madhësisë së skedarit të skedarëve audio dhe video të qasshme publikisht ( llojet MIME ) ndjek një shpërndarje log-normale mbi pesë rende madhësie . [35]
- Madhësitë e skedarëve prej 140 milionë skedarësh në kompjuterët personalë që përdorin Windows OS, të mbledhura në vitin 1999. [36] [10]
- Madhësitë e emaileve të bazuara në tekst (1990) dhe emaileve të bazuara në multimedia (2000). [10]
- Në rrjetet kompjuterike dhe analizën e trafikut të internetit, log-normal paraqitet si një model i mirë statistikor për të përfaqësuar sasinë e trafikut për njësi të kohës. Kjo është treguar duke zbatuar një qasje të fuqishme statistikore në një grup të madh gjurmësh reale të internetit.
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Stampa:Cite web Gabim citimi: Invalid
<ref>tag; name ":1" defined multiple times with different content - ↑ Stampa:Cite web
- ↑ Stampa:Cite journal Table 1, p. 221.
- ↑ Stampa:Cite book
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ 10,0 10,1 10,2 Stampa:Cite journal Gabim citimi: Invalid
<ref>tag; name ":3" defined multiple times with different content - ↑ Stampa:Cite web
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite book
- ↑ Sartwell, Philip E. "The distribution of incubation periods of infectious disease." American journal of hygiene 51 (1950): 310-318.
- ↑ 15,0 15,1 Stampa:Cite journal Gabim citimi: Invalid
<ref>tag; name ":0" defined multiple times with different content - ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Polizzi, S., Laperrousaz, B., Perez-Reche, F. J., Nicolini, F. E., Satta, V. M., Arneodo, A., & Argoul, F. (2018). A minimal rupture cascade model for living cell plasticity. New Journal of Physics, 20(5), 053057. doi: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac3c7
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Clementi, Fabio; Gallegati, Mauro (2005) "Pareto's law of income distribution: Evidence for Germany, the United Kingdom, and the United States", EconWPA
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite book
- ↑ Bunchen, P., Advanced Option Pricing, University of Sydney coursebook, 2007
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite book
- ↑ Stampa:Cite web
- ↑ Stampa:Cite journal
- ↑ Stampa:Cite journal