散布矩陣

[多元變量統計]]和概率論中，散布矩陣是一種統計量，用於估計協方差矩陣，例如多元常態分布的協方差矩陣。

定義

給定m維數據的n個樣本，寫作m×n矩陣$X=[\mathbf {x} _{1},\mathbf {x} _{2},\ldots ,\mathbf {x} _{n}]$，則樣本均值為

${\overline {\mathbf {x} }}={\frac {1}{n}}\sum _{j=1}^{n}\mathbf {x} _{j}$

其中$\mathbf {x} _{j}$是$X$的第j列。

散布矩陣是m×m正半定矩陣

$S=\sum _{j=1}^{n}(\mathbf {x} _{j}-{\overline {\mathbf {x} }})(\mathbf {x} _{j}-{\overline {\mathbf {x} }})^{T}=\sum _{j=1}^{n}(\mathbf {x} _{j}-{\overline {\mathbf {x} }})\otimes (\mathbf {x} _{j}-{\overline {\mathbf {x} }})=\left(\sum _{j=1}^{n}\mathbf {x} _{j}\mathbf {x} _{j}^{T}\right)-n{\overline {\mathbf {x} }}{\overline {\mathbf {x} }}^{T}$

其中$(\cdot )^{T}$表示矩陣轉置，乘法為外積。散布矩陣可更簡潔地表為

$S=X\,C_{n}\,X^{T}$

其中$\,C_{n}$是n×n中心化矩陣。

應用

給定n個樣本的多元常態分布協方差矩陣的最大似然估計值可表為歸一化散布矩陣

$C_{ML}={\frac {1}{n}}S.$

當$X$的列從多元常態分布中獨立採樣時，$S$遵循威沙特分布。

另見

• 威沙特分布
• 外積—$XX^{\top }$或X⊗X是X與自身的外積。
• 格拉姆矩陣