共分散行列 (variance-covariance matrix)

m 個の確率変数 X 1 , X 2 , ・・・, X m , n 個の確率変数 Y 1 , Y 2 , ・・・, Y n があり,確率ベクトルを

X = X 1 X 2 ⋮ X m , Y = Y 1 Y 2 ⋮ Y n

とすると,共分散行列 Cov X , Y は

Cov X , Y = E X − μ X Y − μ Y t

ただし

μ X = E X 1 E X 2 ⋮ E X m = μ X 1 μ X 2 ⋮ μ X m , μ Y = E Y 1 E Y 2 ⋮ E Y n = μ Y 1 μ Y 2 ⋮ μ Y n

と定義される. Cov X , Y は以下のように書き換えられる.

Cov X , Y = E X − μ X Y − μ Y t

= E X 1 − μ X 1 X 2 − μ X 2 ⋮ X m − μ X m Y 1 − μ Y 1 Y 2 − μ Y 2 ⋮ Y n − μ Y n t

= E X 1 − μ X 1 Y 1 − μ Y 1 X 1 − μ X 1 Y 2 − μ Y 2 ⋯ X 1 − μ X 1 Y n − μ Y n X 2 − μ X 2 Y 1 − μ Y 1 X 2 − μ X 2 Y 2 − μ Y 2 … X 2 − μ X 2 Y n − μ Y n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ X m − μ X m Y 1 − μ Y 1 X m − μ X m Y 2 − μ Y 2 … X m − μ X m Y n − μ Y n

= E X 1 − μ X 1 Y 1 − μ Y 1 E X 1 − μ X 1 Y 2 − μ Y 2 ⋯ E X 1 − μ X 1 Y n − μ Y n E X 2 − μ X 2 Y 1 − μ Y 1 E X 2 − μ X 2 Y 2 − μ Y 2 … E X 2 − μ X 2 Y n − μ Y n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ E X m − μ X m Y 1 − μ Y 1 E X m − μ X m Y 2 − μ Y 2 … E X m − μ X m Y n − μ Y n

= Cov X 1 , Y 1 Cov X 1 , Y 2 ⋯ Cov X 1 , Y n Cov X 2 , Y 1 Cov X 2 , Y 2 … Cov X 2 , Y n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ Cov X m , Y 1 Cov X m , Y 2 … Cov X m , Y n

Cov X , Y は m×n 行列.共分散行列は正方行列でない場合もある.

■ Cov X , Y の性質

X は m 次元確率ベクトル , Y は n 次元確率ベクトル, A は m 次正方行列, B は n 次正方行列, a は m 次元定数ベクトル , b は n 次元定数ベクトル とする

 

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 最終更新日: 2026年7月11日