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Los conceptos de covarianza y coeficiente de correlación en la asignatura statistics i. La covarianza mide el grado de relación entre dos variables y el coeficiente de correlación es una medida estándar de esta relación que no depende de las unidades de medida de las variables. Se incluyen las fórmulas para calcular la covarianza y el coeficiente de correlación, así como sus propiedades y significado.
Tipo: Apuntes
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Statistics I Covariance and correlation coecient
, is a measure
of the degree of relationship (join variation) between the variables.
the other variable also takes high values
variables occur when the other variable takes low values
Statistics I Covariance and correlation coecient
The covariance between variables X and Y can be computed as
XY
n ∑
i=
m ∑
j=
n ij
(x i
− x¯)(y j
− y¯)
and also with the formula
XY
n ∑
i=
m ∑
j=
n ij
x i
y j
− x¯y¯
One can show that the maximum and the minimum value that the covariance can
take are relate to the variances of the two variables. In this sense we have that
Statistics I Covariance and correlation coecient
coecient):
r =
XY
X
Y
Notice that, because of what we have found in [1], we have
− 1 ≤ r ≤ 1
A direct way to compute r is using the formulae for S XY
X
and S Y
, that is,
r =
n
i=
m
j=
n ij
(x i
− x¯)(y i
− y¯)
n
i=
n i•
(x i
− x¯)
2 )(
m
j=
n
(y j
− y¯)
2 )
Statistics I Covariance and correlation coecient
Notice:
sign of the covariance S XY
, determines the nature (positive or negative) of the
relationship between X and Y
relationship between X and Y is
Statistics I Linear combinations of variables
1
2
if there exist linear coecients a 1
, a 2
(real numbers) such that
X = a 1
1
2
of variables are of interest:
X = a 1
2
2
2
X
= a
2
1
2
X 1
2
2
2
X 2
if X 1
2
are independent
Statistics I Linear combinations of variables
Moreover, if
Y = b 1
1
2
the we have the following property for the covariance
XY
= a 1
b 1
X 1
Y 1
b 2
X 1
Y 2
b 1
X 2
Y 1
b 2
X 2
Y 2
Statistics I Mean vector and Covariance matrix
The observations of the variables X 1
i X 2
can be jointly represented in a matrix X
with N × 2 dimensions
x 11
x 21
x 12
x 22
x 1 N
x 2 N
Statistics I Mean vector and Covariance matrix
The mean vector
X simply consists of
X = (¯x 1
, x¯ 2
Such mean vector
X can be computed using matrix algebra using the data matrix
X. Indeed, if we denote with
1 the (row) vector with N components, all of then
equal to 1:
N
Statistics I Mean vector and Covariance matrix
Finally, the variances and covariances between X 1
and X 2
are presented in the
covariance matrix Σ
2
X 1
X 1 X 2
X 2
X 1
2
X 2
As with the mean vector, this matrix Σ can be computed using matrix algebra.
Indeed, let
T
denote the transpose of vector
1 (column vector)
T
Statistics I Mean vector and Covariance matrix
Then,
T
(¯x 1
, x¯ 2
x ¯ 1
x¯ 2
x ¯ 1
x¯ 2
x ¯ 1
x¯ 2
Therefore,
T
x 11
x 21
x 12
x 22
x 1 N
x 2 N
x ¯ 1
x¯ 2
x ¯ 1
x¯ 2
x ¯ 1
x¯ 2
x 11 −
x¯ 1
x 21
− x¯ 2
x 12
− x¯ 1
x 22
− x¯ 2
x 1 N
− x¯ 1
x 2 N
− x¯ 2
Statistics I Mean vector and Covariance matrix
N
1
(x 1 i
− x¯ 1
2
N
i=
(x 1 i
− x¯ 1
)(x 2 i
− x¯ 2
N
i
(x 2 i
− x¯ 2
)(x 1 i
− x¯ 1
N
i=
(x 2 i
− x¯ 2
2
If we now multiply by
1
N
we nd
T
T
(X −
T
N
1
(x 1 i
−x¯ 1
)
2
N
∑ N
i=
(x 1 i
−x¯ 1
)(x 2 i
−x¯ 2
)
N ∑ N
i
(x 2 i
−x¯ 2
)(x 1 i
−x¯ 1
)
N
∑ N
i=
(x 2 i
−x¯ 2
)
2
N
2
X 1
X 1 X 2
X 2
X 1
2
X 2
That is,
T
T
T
¯
X)
Statistics I Mean vector and Covariance matrix
This matrix is symmetric since S X !
X 2
X 2
X 1