確率論および統計学において、中心モーメントとは、確率変数の確率分布における、その確率変数の平均値を中心としたモーメントのことです。つまり、確率変数の平均値からの偏差の指定された整数乗の期待値です。様々なモーメントは、確率分布の特性を効果的に特徴づけることができる一連の値を形成します。中心モーメントは、平均値からの偏差ではなく、ゼロからの偏差で計算される通常のモーメントよりも優先して使用されます。これは、高次の中心モーメントが分布の位置ではなく、分布の広がりと形状のみに関係するためです。
中心モーメントの集合は、単変量分布と多変量分布の両方について定義することができる。
実数値確率変数Xの平均に関するn次モーメント(またはn次中心モーメント)は、 μ n := E[( X − E[ X ]) n ]という量であり、E は期待値演算子です。確率密度関数f ( x )を持つ連続単変量確率分布の場合、平均に関するn次モーメントμは[ 1 ]です。
コーシー分布のように平均値を持たない確率変数については、中心モーメントは定義されません。
最初のいくつかの重要な場面は、直感的に解釈できる。
すべてのnに対して、n番目の中心モーメントは次数nの同次モーメントである。
nが1、2、または3の場合に限り、独立な確率変数XとYに対して加法性が成り立つ。
ただし、n ∈ {1, 2, 3}とする。
n次中心モーメントと並進不変性および同次性の性質を共有するが、n ≥ 4 の場合でもこの加法性の性質を持ち続ける関連関数は、n次キュムラントκ n ( X )です。n = 1の場合、 n次キュムラントは期待値です。n = 2 または 3 の場合、 n次キュムラントはn次中心モーメントです。n ≥ 4の場合、n次キュムラントは最初のn個のモーメント (0 の周り) に関する n 次単項式であり、最初のn個の中心モーメントに関する(より単純な) n次多項式でもあります。
原点周りのモーメントを平均値周りのモーメントに変換すると便利な場合がある。原点周りのn次モーメントを平均値周りのモーメントに変換する一般式は次のとおりである。
ここでμは分布の平均であり、原点周りのモーメントは次式で与えられる。
n = 2、3、4の場合(それぞれ分散、歪度、尖度との関係が最も興味深い)には、この式は次のようになります(そして):
これは一般的に
なぜなら。
以下の合計は、複合分布を持つ確率変数です。
どこでは互いに独立した確率変数であり、同じ共通の分布を共有し、ランダムな整数変数独自の配信で。として得られる
どこはゼロと定義される。
平均値に関して対称な分布(平均値に関して反転しても影響を受けない分布)では、奇数次中心モーメントが存在する場合、それらはすべてゼロになります。これは、 n次モーメントの式において、平均値より一定量小さいXの値を含む各項が、平均値より同じ量大きいXの値を含む項と正確に打ち消し合うためです。
確率密度関数f ( x , y )を持つ連続二変量確率分布の場合、平均μ = ( μ X , μ Y )に関する( j , k )モーメントは次のようになります。
複素確率変数Xのn番目の中心モーメントは次のように定義されます[ 3 ]
Xの絶対n次中心モーメントは次のように定義される。