什麼是羅吉斯分布?
羅吉斯分布(Logistic distribution)是一種連續型機率分布,外型與常態分布相似,但尾端較厚(重尾)。它由位置參數 a(即其平均數與中位數)以及尺度參數 b > 0 所決定。其累積分布函數正是大家熟悉的羅吉斯 S 型曲線(sigmoid),這也是為什麼羅吉斯分布廣泛出現在羅吉斯迴歸、成長模型與機器學習之中。本計算器屬於純數學運算,在任何地區都完全適用,不含任何特定國家的假設。
如何使用本計算器
先選擇要計算的函數:機率密度 f、下累積機率 P(CDF)或上累積機率 Q(存活函數)。接著輸入位置參數 a 與尺度參數 b。然後設定 x 的格點:起始 x、間距,以及點數。工具會依 \(x_i = \text{startX} + i\cdot\text{stepX}\)(\(i = 0..\text{points}-1\))產生格點,並在每一點計算所選函數,顯示第一個 x 的主要結果值、列出整個數列,並繪製折線圖。
公式說明
令標準化變數 \(z = (x - a)/b\),並設 \(E = e^{-z}\)。密度為 $$f = \frac{1}{b}\cdot\frac{E}{(1+E)^{2}}$$ 若以 sigmoid 函數 \(\sigma = 1/(1+E)\) 表示,則等同於 \(\sigma(1-\sigma)/b\)。下累積分布函數即 $$P = \sigma = \frac{1}{1+e^{-z}}$$ 從 0 單調遞增到 1;上累積(存活)函數則為 \(Q = 1 - P\)。為避免數值溢位,sigmoid 在 \(z \geq 0\) 時以 \(1/(1+e^{-z})\) 計算,在 \(z < 0\) 時則以 \(e^{z}/(1+e^{z})\) 計算。
實例演算
設 \(a = 0\)、\(b = 0.7\),於 \(x = 0.7\) 處計算。此時 \(z = 1\)、\(E = e^{-1} = 0.367879\)。密度 $$f = \frac{1}{0.7}\cdot\frac{0.367879}{(1.367879)^{2}} \approx 0.28087$$ 下累積分布 $$P = \frac{1}{1.367879} \approx 0.73106$$ 上累積分布 $$Q = 1 - 0.73106 \approx 0.26894$$ 在中位數 \(x = a = 0\) 處,密度達到峰值 \(1/(4b) = 0.35714\),且 \(P = Q = 0.5\)。
常見問題
如果 b 為 0 或負數會怎樣?此時分布沒有定義;本計算器要求 \(b > 0\),否則會回傳錯誤。
平均數與變異數是多少?平均數(同時也是中位數)等於 \(a\),變異數為 \((\pi^{2}/3)\cdot b^{2}\)。
可以使用遞減的格點嗎?可以——將間距設為負值,x 值就會遞減;若間距設為 0,則每個點都會在起始 x 處計算。