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# ガンマ分布 (逆関数) Gamma Distribution (Inverse Function)
# 引数 # 引数 変数 変数 変数 ($X, $A, $B)
# 戻り値 ガンマ分布 (逆関数) (@InverseFunction)
sub GAMMADISTRIBUTIONINVERSE{
my ($X, $A, $B) = @_;
my @InverseFunction = ();

# 累積確率 変数の確認
if(($X < 0) || (1 < $X) || ($A <= 0) || ($B <= 0)){
return "Error";
}

if(($X == 0) || ($X == 1)){
return "Inf or 0";
}

# ガンマ分布 (逆関数) Gamma Distribution (Inverse Function)
# 下側 Lower
$InverseFunction[0] = &BISECTIONMETHOD($X, $A, $B);
# 上側 Upper
$InverseFunction[1] = &BISECTIONMETHOD((1 - $X), $A, $B);

return @InverseFunction;
}

# 二分法 Bisection Method
# 引数 累積確率 変数 変数 ($X, $A, $B)
# 戻り値 二分法 ($BisectionMethod)
sub BISECTIONMETHOD{
my ($X, $A, $B) = @_;
my $BisectionMethod = 0;
my $X1 = 0;
my $X2 = 0;
my $F_m = 0;
my $F_x1 = 0;
my $F_x2 = 0;
my $Middle = 0;
my $PrevMiddle = 0;
my $Limit = 100;
my $Epsilon = 1.0e-20;

# 区間
$X1-- while((&GAMMADISTRIBUTION($X1, $A, $B) - $X) > 0);
$X2++ while((&GAMMADISTRIBUTION($X2, $A, $B) - $X) < 0);

# 初期値
$F_x1 = &GAMMADISTRIBUTION($X1, $A, $B) - $X;
$F_x2 = &GAMMADISTRIBUTION($X2, $A, $B) - $X;

# 計算
for(my $i = 0; $i < $Limit; $i++){
# 一つ前
$PrevMiddle = $Middle;
# 中間点
$Middle = ($X1 + $X2) / 2;

# f(Middle)
$F_m = &GAMMADISTRIBUTION($Middle, $A, $B) - $X;

# 置き換え
if(($F_m * $F_x1) > 0){
$X1 = $Middle
}
elsif(($F_m * $F_x2) > 0){
$X2 = $Middle;
}

# 二分法 Bisection Method
$BisectionMethod = $Middle;

# 収束判定
last if(abs($Middle - $PrevMiddle) < $Epsilon);
}

return $BisectionMethod;
}

# ガンマ分布 Gamma Distribution
# 引数 変数 変数 変数 ($X, $A, $B)
# 戻り値 ガンマ分布 ($GammaDistribution)
sub GAMMADISTRIBUTION{
my ($X, $A, $B) = @_;
my $GammaDistribution = 0;

# 下側累積確率 Lower Probability
$GammaDistribution = COMPLEMENTGAMMAFUNCTIONFIRST($A, ($X / $B)) / GAMMAFUNCTION($A);

return $GammaDistribution;
}

# ガンマ関数(近似) Gamma Function Approximation
# 引数 値 ($X)
# 戻り値 ガンマ関数(近似) ($GammaFunction)
sub GAMMAFUNCTION{
my ($X) = @_;
my $GammaFunction = 0;
my $Factorial = 1;
my $Diff = abs($X - int($X));
my $Pi = atan2(1, 1) * 4;
my $Temp = 0;

# 値の確認
if(($X <= 0) && ($Diff == 0)){
return 0;
}

if($Diff == 0){
for(my $i = $X - 1; $i >= 2; $i--){
$Factorial *= $i;
}

# X-1の階乗 ガンマ関数 Gamma Function
$GammaFunction = $Factorial;
}elsif($Diff == 0.5){
my $Start = ($X > 0 ? ((2 * int($X)) - 1) : ((2 * int(abs($X) + 1)) - 1));

for(my $i = $Start; $i > 1; $i -= 2){
$Factorial *= $i;
}

if($X > 0){
$Temp = ($Factorial / (2 ** int($X))) * sqrt($Pi);
}else {
$Temp = ((((-1) ** int(abs($X) + 1)) * (2 ** int(abs($X) + 1))) / $Factorial) * sqrt($Pi);
}

# 半整数 ガンマ関数 Gamma Function
$GammaFunction = $Temp
}else {
if($X > 0){
$Temp = exp(&LOGGAMMAFUNCTION($X));
}else {
$Temp = $Pi / (sin($Pi * $X) * exp(&LOGGAMMAFUNCTION(1 - $X)));
}

# ガンマ関数(近似) Gamma Function Approximation
$GammaFunction = $Temp
}

return $GammaFunction;
}

# ログガンマ関数(近似) Log Gamma Function Approximation
# 引数 値 ($x)
# 戻り値 ログガンマ関数(近似) ($LogGammaFunction)
sub LOGGAMMAFUNCTION{
my ($x) = @_;
my $LogGammaFunction = 0;
my @Bernoulli = ((1 / 12), (1 / 360), (1 / 1260), (1 / 1680), (1 / 1188), (691 / 360360), (1 / 156), (3617 / 122400), (43867 / 244188), (174611 / 125400), (77683 / 5796), (236364091 / 1506960));
my $Pi = atan2(1, 1) * 4;
my $X = $x;
my $Sum = 0;
my $Sign = 0;
my $Power1 = 1;
my $Power2 = 1;
my $Count = @Bernoulli - 1;

for($X = $x; $X <= $Count; $X++){
$Power1 *= $X;
}
$Power2 = 1 / ($X * $X);

for(my $i = $Count; $i >= 0; $i--){
# 符号
$Sign = (($i % 2) == 0 ? 1: -1);

$Sum = $Sum + ($Sign * $Bernoulli[$i]);
$Sum = $Sum * $Power2 if($i != 0);
}
$Sum = $Sum / $X;

# ログガンマ関数(近似) Log Gamma Function Approximation
$LogGammaFunction = ((1 / 2) * log(2 * $Pi)) - log($Power1) - $X + (($X - (1 / 2)) * log($X)) + $Sum;

return $LogGammaFunction;
}

# 第1種不完全ガンマ関数 Incomplete Gamma Function Of The First Kind
# 引数 値 値 ($A, $X)
# 戻り値 第1種不完全ガンマ関数 ($IncompleteGammaFunction)
sub COMPLEMENTGAMMAFUNCTIONFIRST{
my ($A, $X) = @_;
my $IncompleteGammaFunction = 0;
my $IncompleteGamma = 0;
my $PrevIncompleteGamma = 0;
my $Factorial = 1;
my $Num = 0;
my $Den = 1;
my $Sum = 0;
my $Sign = 0;
my $Limit = 100;
my $Epsilon = 1.0e-10;

# 値の確認
if($X < 0){
return 0;
}

if(($A > 0) && (($A - int($A)) == 0)){
# 正の整数
for(my $i = 0; $i < $A; $i++){
# 階乗
$Factorial = ($i == 0 ? 1 : $Factorial * $i);
# 分子
$Num = $X ** $i;
# 分母
$Den = $Factorial;

$Sum += ($Num / $Den);
}

# 第1種不完全ガンマ関数 Incomplete Gamma Function Of The First Kind
$IncompleteGamma = $Factorial * (1 - (exp(-$X) * $Sum));
}else {
for(my $i = 0; $i < $Limit; $i++){
# 符号
$Sign = (($i % 2) == 0 ? 1: -1);
# 分子
$Num = $X ** $i;
# 分母
$Den = $A + $i;
# 階乗
$Factorial = ($i == 0 ? 1 : $Factorial * $i);

# 一つ前
$PrevIncompleteGamma = $IncompleteGamma;
# 第1種不完全ガンマ関数 Incomplete Gamma Function Of The First Kind
$IncompleteGamma += ($Sign * ($Num / ($Den * $Factorial)));

# 収束判定
last if(abs($IncompleteGamma - $PrevIncompleteGamma) < $Epsilon);
}

# 第1種不完全ガンマ関数 Incomplete Gamma Function Of The First Kind
$IncompleteGamma = ($X ** $A) * $IncompleteGamma
}

# 第1種不完全ガンマ関数 Incomplete Gamma Function Of The First Kind
$IncompleteGammaFunction = $IncompleteGamma;

return $IncompleteGammaFunction;
}


参考URL
ガンマ分布(逆関数) - 高精度計算サイト
オンライン コンパイラ/インタプリタ
テクニカル分析
プロフィール

Author:雨宮
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