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协方差

协方差衡量两个随机变量相对各自均值的偏离是否倾向同向,定义为 Cov⁡(X,Y)=E[(X−EX)(Y−EY)]=E[XY]−E[X]E[Y], 前提是相应期望存在。正值表示较大的 X 往往伴较大的 Y;负值表示偏离方向常相反。它度量的是线性共同变化,不是因果影响。

一个三点分布

令 X 等可能取 −1、0、1,令 Y=2X+1。有 EX=0、EY=1,所以 Cov⁡(X,Y)=E[X(2X)]=2E[X2]=43. 这里正协方差不仅由“看起来同升同降”判断,还能逐项算出。若改为 Y=−2X+1,协方差变成 −4/3。

零协方差的局限

若 X 等可能取 −1、0、1,Y=X2,则 EX=0、E[XY]=E[X3]=0,故协方差为 0。但 Y 完全由 X 决定,显然并不独立。独立且期望存在会推出零协方差,逆向一般不成立。

协方差的单位是 X 与 Y 单位的乘积,换单位会改变数值。若要跨变量比较线性关联强弱,可将它除以两者标准差,得到相关系数。

参考资料