什麼是列維分布百分位數計算機?
列維分布(Levy distribution)是一種連續型、具有厚尾特性的機率分布,僅定義於大於位置參數 mu 的數值範圍。它由兩個參數決定:位置參數 mu(可為任意實數)與尺度參數 c(必須為正數)。本計算機處理的是「反向問題」:給定一個機率,回傳對應的百分位數(分位數)x,也就是讓累積分布函數(CDF)剛好等於該機率的隨機變數值。
如何使用
請輸入一個介於 0 與 1 之間(不含端點)的機率,並選擇該機率屬於下尾累積機率 \(P(x)\),還是上尾累積機率 \(Q(x) = 1 - P(x)\)。接著輸入位置參數 mu 與尺度參數 c(c 必須大於 0),計算機便會回傳 \(x\)。若選擇上尾選項,工具會先以 \(P = 1 - Q\) 換算成下尾機率再進行計算。
公式說明
列維分布的累積分布函數為 $$P(x) = \operatorname{erfc}\left( \sqrt{ \frac{c}{2(x - \mu)} } \right)$$ 其中 erfc 為互補誤差函數。將其反解後可得 $$x = \mu + \frac{c}{2\left[\operatorname{erf}^{-1}(P)\right]^{2}}$$ 本計算機以高精度的有理逼近搭配牛頓迭代法計算反誤差函數,因此無需依賴任何外部函式庫。
實例演算
以機率 = 0.5(下尾)、mu = 0、c = 1 為例:\(\operatorname{erf}^{-1}(0.5) \approx 0.476936\)。平方後約為 \(0.227468\),因此 $$x = 0 + \frac{1}{2 \times 0.227468} \approx 2.1981$$ 這正是標準列維分布的中位數。
常見問題
為什麼機率必須嚴格介於 0 與 1 之間?當 p 趨近 0 時,百分位數會發散至無限大;當 p 趨近 1 時,則會收斂至 mu,因此兩端的端點皆被排除。
上尾選項代表什麼?它會把您輸入的數值視為右尾機率 \(Q(x)\),計算機內部再以 \(P = 1 - Q\) 換算。處理尾端風險(tail-risk)類型的問題時相當實用。
為什麼較大的百分位數數值會那麼龐大?列維分布具有非常厚重的右尾(其平均值為無限大),所以即使是第 90 百分位(下尾),都可能是中位數的好幾倍。