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/ NetNews Usenet Archive 1992 #19 / NN_1992_19.iso / spool / sci / math / stat / 1801 < prev    next >
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Text File  |  1992-09-03  |  3.3 KB  |  79 lines

  1. Newsgroups: sci.math.stat
  2. Path: sparky!uunet!zaphod.mps.ohio-state.edu!sol.ctr.columbia.edu!The-Star.honeywell.com!umn.edu!thompson
  3. From: thompson@atlas.socsci.umn.edu (T. Scott Thompson)
  4. Subject: Re: Simple Proof that c=median minimizes E[ |X-c| ] needed.
  5. Message-ID: <thompson.715572071@daphne.socsci.umn.edu>
  6. Sender: news@news2.cis.umn.edu (Usenet News Administration)
  7. Nntp-Posting-Host: daphne.socsci.umn.edu
  8. Reply-To: thompson@atlas.socsci.umn.edu
  9. Organization: Economics Department, University of Minnesota
  10. References: <3SEP199213440863@utkvx2.utk.edu> <1992Sep3.221035.17952@massey.ac.nz>
  11. Date: Fri, 4 Sep 1992 02:01:11 GMT
  12. Lines: 65
  13.  
  14. news@massey.ac.nz (USENET News System) writes:
  15.  
  16. >In article <3SEP199213440863@utkvx2.utk.edu>, menees@utkvx2.utk.edu (Menees, Bill) writes:
  17. >> 
  18. >>     I'm a senior math major taking my first p&s course, and this problem
  19. >> has come up and it intrigues me.  My prof. has a proof for it, but he said it
  20. >> was way over my head.  Does anyone know of a proof suitable for a senior 
  21. >> undergrad?  Thanks in advance.
  22. >> 
  23.  
  24. [explanation for the discrete case deleted]
  25.  
  26. >In the continuous case the derivative exists nowhere but a limiting
  27. >argument could be used. (This might be over my head :-).
  28.  
  29. I think that the continuous version is more straightforward since then
  30. the objective function is _everywhere_ differentiable.  To get a feel
  31. for the continuous case consider that any solution to the problem
  32.  
  33.              min  E(|x-c|)
  34.               c
  35.  
  36. must satisfy a first-order condition provided E(|x-c|) is
  37. differentiable in c.  When x is continuous this function is _always_
  38. differentiable since the smooth distribution for x smooths out the
  39. kink point in the absolute value function.  Differentiability only
  40. fails if Pr( x = c ) is strictly positive.
  41.  
  42. The trick is to compute the derivative of E(|x-c|).  We can commute
  43. the derivative operator and the expectation integral (showing that
  44. this is OK is the technically difficult part of the proof that your
  45. professor may have had in mind) in order to derive
  46.  
  47.        d/dc E(|x-c|) = E( d/dc |x-c| )
  48.  
  49.                      = E [ 1{ x < c } - 1{ x > c } ]
  50.  
  51.                      = E 1{ x < c } - E 1{ x > c}
  52.  
  53.                      = Pr( x < c ) - Pr( x > c )
  54.  
  55. where 1{ ... } is the indicator function taking the value +1 if "..."
  56. is true and zero otherwise.  To see why this is true, simply note that
  57. the derivative of |x-c| with respect to c equals +1 if x < c and -1 if
  58. x > c.  We can ignore the case x = c, since this has zero probability,
  59. and since any reasonable extension of the definition of
  60. differentiability to handle this case would yield a value for the
  61. derivative somewhere between -1 and +1 at the point x = c.
  62. Technically, to verify the first equality you must check that the
  63. conditions of the "Lebesgue dominated convergence theorem" are
  64. satisfied.  You can look this up in any advanced probability theory
  65. text.
  66.  
  67. Now notice that the derivative is zero if and only if
  68.  
  69.                 Pr( x < c ) = Pr( x > c )
  70.  
  71. and this equation is solved by choosing c = median(x).  The solution
  72. is unique if the probability density of x is positive on some
  73. neighborhood of the median.
  74.  
  75. --
  76. T. Scott Thompson              email:  thompson@atlas.socsci.umn.edu
  77. Department of Economics        phone:  (612) 625-0119
  78. University of Minnesota        fax:    (612) 624-0209
  79.