Product Integration

Richard D. Gill, Product integration

一般的积分是指黎曼积分, 其计算是把区域无限细分求和并取极限, 有另外一种积分是把区域无限细分求积并取极限, 这个在生存模型中有很多应用.

生存模型

设生存的时间为随机变量(T), 则生存函数定义为

[S(t):= mathrm{Pr} (T ge t), : t>0, ]

显然(S(0)=0). 生存函数表示, 一个个体生存时间超过(t)的概率.

连续情形

设随机变量(T)所对应的密度函数为(f(t)), 并定义hazard rate为

[alpha (t) := mathop{lim} limits_{h ightarrow 0} frac{mathrm{Pr}(t le T le t+h|T ge t)}{h}, ]

注意到

[frac{mathrm{Pr}(t le T le t+h|T ge t)}{h}= frac{mathrm{Pr}(tle T le t+h)}{h cdot mathrm{Pr}(Tge t)}, ]

[alpha(t)=f(t)/S(t). ]

[f(t) =frac{mathrm{d}F(t)}{mathrm{d}t} = frac{mathrm{d}(1-S(t))}{mathrm{d}t}=-frac{d}{dt}S(t)=:S'(t). ]

所以

[alpha(t)=-frac{S'(t)}{S(t)}=-frac{mathrm{d}}{mathrm{d}t} log S(t), ]

[S(t)=exp { -int_{0}^t alpha(s) mathrm{d}s}, : t>0. ]

离散情形

此时假设(f(t)=mathrm{Pr}(T=t)),

[alpha(t):=mathrm{Pr}(T=t|Tge t)=f(t)/S(t), ]

可以证明

[S(t)= prod_0^t (1-alpha(s)), ]

注意, 这里的(prod)个人感觉都没法用极限去理解, 只能用无限(即便是不可数)个1相乘仍为1理解.

不妨设(f(t))仅在(0<t_1 < t_2 < cdots)处非零, 则

[S(t)=1, : tle t_1, \ S(t)=1-f(t_1)=1-alpha(t_1), : t_1 < t le t_2, \ ]

[S(t)=1-f(t_1)-f(t_2)=1-alpha(t_1)- alpha(t_2)S(t_2)=(1-alpha(t_1)(1-alpha(t_2)), : t_2 < t le t_3 \ cdots ]

统一

记连续情况下

[A(t) = int_0^t alpha(s) mathrm{d}s ]

离散情况下

[A(t) =sum_0^t alpha(s), ]

这里的(sum)请用勒贝格积分理解, 二者在实变函数下统一为

[A(t) = int_0^t frac{1}{S(s)} mathrm{d}S(s). ]

(A(t+h)-A(t))可以理解为个体在([t,t+h])内死亡的概率, 则

[S(t)= lim_{max |t_i - t_{i-1}| ightarrow 0} prod_0^t (1-(A(t_i)-A(t_{i-1}))=:prod_0^t (1-dA(s)) ]

意思就是, 个体想活过(t), 必须前面的每一个阶段都是活着的(严格的推导, 以及极限存在等等不知).

还有在矩阵和马尔可夫上的推广, 一知半解, 就不记录了.

原文地址:https://www.cnblogs.com/MTandHJ/p/12944272.html