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数学公式

数学公式: 逆卡方分布计算器
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  1. Cumulative Probabilities

    Cumulative Probabilities: 逆卡方分布计算器

    Upper cumulative uses the regularized lower incomplete gamma P with s = nu/2 and z = 1/(2x); lower = 1 - upper.

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结果

概率密度 f(x)
0.241971
x 处的概率密度(PDF)值
Lower cumulative probability P (= P(X ≤ x)) 0.31731051
Upper cumulative probability Q (= P(X > x)) 0.68268949

什么是逆卡方分布?

自由度为 \(\nu\)(nu)的逆卡方分布,是指随机变量 \(Y = 1/X\) 的分布,其中 \(X\) 服从自由度为 \(\nu\) 的标准卡方分布。它在贝叶斯统计中应用广泛,常被用作正态分布方差的共轭先验;在可靠性分析和信号处理模型中也时常出现。本计算器进行的是纯数学运算,因此在世界各地的结果完全一致,不涉及任何地区性规则。

若干自由度下逆卡方概率密度曲线族
若干自由度 nu 取值下的逆卡方概率密度曲线。

如何使用本计算器

输入分位点 x(任意正实数)以及自由度 \(\nu\)(任意正数,通常为正整数)。工具会返回三个结果:概率密度 \(f(x)\)、下侧累积概率 \(P = P(X \le x)\),以及上侧累积概率 \(Q = P(X > x)\)。由于 \(P\) 与 \(Q\) 共同描述了整个分布,两者之和恒等于 1。

公式详解

当 \(x > 0\) 时,概率密度为

$$f(x) = \frac{2^{-\nu/2}}{\Gamma\!\left(\frac{\nu}{2}\right)}\, x^{-\frac{\nu}{2}-1}\, e^{-\frac{1}{2x}}$$

为保证数值稳定,我们借助对数伽马函数在对数空间中进行计算。累积概率则利用其与卡方分布之间的倒数关系:令 \(s = \nu/2\)、\(z = 1/(2x)\),则下侧累积概率等于正则化上不完全伽马函数 \(Q(s, z)\),上侧累积概率等于正则化下不完全伽马函数 \(P(s, z)\)。当 \(z\) 较小时采用级数展开求值,当 \(z\) 较大时则采用连分数(Lentz)方法。

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逆卡方曲线下的阴影区域,显示点 x 处的下侧和上侧累积概率
下侧和上侧累积概率分别是曲线下 x 左侧和右侧的面积。

计算示例

取 \(x = 1\)、\(\nu = 1\),则 \(s = 0.5\)、\(z = 0.5\)。此时概率密度约为 \(f(1) \approx 0.241971\),下侧累积概率约为 \(P \approx 0.317311\),上侧累积概率约为 \(Q \approx 0.682689\),两者之和恰好等于 1。

常见问题

为什么 x 必须大于 0? 该分布的取值范围是 \(x > 0\)。当 \(x \le 0\) 时密度为 0;由于所有概率质量都集中在正数区间,因此下侧概率为 0,上侧概率为 1。

自由度 \(\nu\) 一定要是整数吗? 不一定。公式使用的是伽马函数,因此任意实数 \(\nu > 0\) 均可,只是实际应用中自由度多为正整数。

这是缩放逆卡方分布吗? 不是。本计算器对应的是标准(非缩放)逆卡方分布,即卡方变量的倒数所服从的分布。

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