這個計算器的功能
本工具用來計算柯西分布(又稱勞侖茲分布,Lorentz distribution)的百分位數(也稱為分位數或百分點)。只要輸入一個累積機率,以及該分布的兩個參數——位置參數 x0(即中位數與峰值所在位置)與尺度參數 \(\gamma\)(gamma,半高半寬)——計算器就會傳回達到該機率時對應的數值 x。這純粹是數學運算,在任何地方的結果都完全一致。
使用方式
首先選擇累積模式。若你的機率 P 是左尾機率,亦即 \(P = \text{Prob}(X \le x)\),請選擇 Lower(下側);若你的機率 Q 是右尾機率,亦即 \(Q = \text{Prob}(X \ge x)\),則選擇 Upper(上側)。接著輸入介於 0 與 1 之間(不含端點)的機率,例如要求第 95 百分位數就填 0.95;再填入位置參數 x0 與尺度參數 \(\gamma\)(必須為正數)。計算器便會傳回對應的 x。
公式說明
柯西分布的累積分布函數為 $$F(x) = \tfrac{1}{2} + \tfrac{1}{\pi}\cdot\arctan\!\left(\frac{x - x_0}{\gamma}\right).$$將它反解後,可得到分位數函數 $$x = x_0 + \gamma\cdot\tan\!\left(\pi\left(P - \tfrac{1}{2}\right)\right),$$其中 P 為下側累積機率。若你輸入的是上側機率 Q,工具會先以 \(P = 1 - Q\) 進行轉換。當 \(P = 0.5\) 時,結果恰為 x0;而當 P 趨近 0 或 1 時,結果會分別發散到負無窮或正無窮,這正反映了柯西分布著名的厚尾特性(它沒有有限的平均值與變異數)。
範例演算
以 \(x_0 = 0\)、\(\gamma = 1\) 求下側第 95 百分位數:\(P = 0.95\),因此 $$x = 0 + 1\cdot\tan(\pi\cdot 0.45) = \tan(1.41372 \text{ 弧度}) \approx 6.31375.$$驗算:\(F(6.31375) = 0.5 + \tfrac{1}{\pi}\cdot\arctan(6.31375) = 0.5 + 0.45 = 0.95\)。再以 \(x_0 = 2\)、\(\gamma = 3\)、\(P = 0.75\) 為例:$$x = 2 + 3\cdot\tan(\pi\cdot 0.25) = 2 + 3\cdot 1 = 5.0.$$
常見問題
下側模式與上側模式有什麼差別?兩者互為補數:上側機率 0.05 所得到的 x,與下側機率 0.95 所得到的 x 完全相同。
為什麼機率必須嚴格介於 0 與 1 之間?因為當機率恰為 0 或 1 時,分位數會是正無窮或負無窮,並沒有有限的數值。
尺度參數可以是負數嗎?不行。尺度參數 \(\gamma\) 必須大於 0;它代表的是半寬,負值在數學上沒有定義。