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Vysochanskij–Petunin inequality

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2699: 2088: 431: 2420: 1851: 216: 3088: 2308: 1665: 2694:{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbb {P} (|(X+u)-\mu )|\geq r+u)&\leq {\begin{cases}{\frac {4}{9}}{\frac {\rho ^{2}}{(r+u)^{2}}}&r+u\geq {\sqrt {8/3}}\rho \\{\frac {4}{3}}{\frac {\rho ^{2}}{(r+u)^{2}}}-{\frac {1}{3}}&r+u\leq {\sqrt {8/3}}\rho \end{cases}}.\end{aligned}}} 2083:{\displaystyle \mathbb {P} (X-\mu \geq r)\leq {\begin{cases}{\dfrac {4}{9}}{\dfrac {\sigma ^{2}}{r^{2}+\sigma ^{2}}}&{\mbox{for }}r^{2}\geq {\dfrac {5}{3}}\sigma ^{2},\\{\dfrac {4}{3}}{\dfrac {\sigma ^{2}}{r^{2}+\sigma ^{2}}}-{\dfrac {1}{3}}&{\mbox{otherwise.}}\end{cases}}} 3242: 1185: 426:{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {Pr} (|X-\alpha |\geq r)\leq {\begin{cases}{\frac {4\rho ^{2}}{9r^{2}}}&r\geq {\sqrt {8/3}}\rho \\{\frac {4\rho ^{2}}{3r^{2}}}-{\frac {1}{3}}&r\leq {\sqrt {8/3}}\rho .\\\end{cases}}\end{aligned}}} 1508: 2899: 2141: 1344: 1513: 1098: 1707: 2412: 3104: 2904: 2425: 2146: 221: 877: 2757: 182: 3099: 799: 122: 687: 1105: 616: 1054: 2824: 1409: 1025: 1817: 999: 3391:
Dharmadhikari, S.W. and Joag-Dev, K., 1986. The Gauss–Tchebyshev inequality for unimodal distributions. Theory of Probability & Its Applications, 30(4), pp.867-871.
517: 3083:{\displaystyle {\begin{aligned}P(|X-\alpha |\geq r)\leq \max \left\{{\frac {s\tau _{k}-r^{k}}{(s-1)r^{k}}},\left^{k}{\frac {\tau _{k}}{r^{k}}}\right\}\\\end{aligned}}} 2783: 2133: 1843: 1384: 1233: 543: 459: 573: 208: 923: 750: 1790: 972: 3297: 3271: 825: 642: 2892: 2872: 2844: 2303:{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbb {P} (X-\mu \geq r)&=\mathbb {P} ((X+u)-\mu \geq r+u)\\&\leq \mathbb {P} (|(X+u)-\mu )|\geq r+u).\\\end{aligned}}} 1770: 1404: 1364: 1253: 1213: 952: 479: 94: 1258: 1660:{\displaystyle \operatorname {Pr} (|X-\alpha |\geq r)\leq \max \left({\frac {4\rho ^{2}}{9r^{2}}},{\frac {4\rho ^{2}}{3r^{2}}}-{\frac {1}{3}}\right).} 3427: 3432: 1059: 1670: 2316: 1752:
An improved version of the Vysochanskij-Petunin inequality for one-sided tail bounds exists. For a unimodal random variable
1195:
For a relatively elementary proof see. The rough idea behind the proof is that there are two cases: one where the mode of
830: 1740:(i.e. 95%) of the values of a process output. Without unimodality Chebyshev's inequality would give a looser bound of 2854:
Dharmadhikari and Joag-Dev generalised the VP inequality to deviations from an arbitrary point and moments of order
2707: 3314: 3237:{\displaystyle {\begin{aligned}\tau _{k}=E\left(|X-\alpha |^{k}\right),s>(k+1),s(s-k-1)^{k}=k^{k}\end{aligned}}} 127: 1718: 760: 49: 2106: 2094: 99: 48:, or equivalently an upper bound for the probability that it lies further away. The sole restrictions on the 1180:{\displaystyle \operatorname {Pr} (\left|X-\mu \right|\geq \lambda \sigma )\leq {\frac {4}{9\lambda ^{2}}}.} 647: 583: 3351: 3308: 1030: 482: 1503:{\displaystyle \operatorname {Pr} (|X-\alpha |\geq r)\leq {\frac {4\rho ^{2}}{3r^{2}}}-{\frac {1}{3}}} 3400:
D. F. Vysochanskij, Y. I. Petunin (1980). "Justification of the 3σ rule for unimodal distributions".
2788: 2497: 1889: 269: 1721:
by including the factor of 4/9, made possible by the condition that the distribution be unimodal.
1004: 3412: 1795: 977: 41: 17: 2097:, can for instance be relevant in the financial area, in the sense of "how bad can losses get." 496: 3374: 65: 53: 2762: 2112: 1822: 1369: 1218: 522: 444: 3366: 552: 187: 882: 692: 1775: 957: 33: 3276: 3250: 1732:, corresponding to an upper probability bound of 4/81= 0.04938..., and to construct 804: 621: 2877: 2857: 2829: 1755: 1389: 1349: 1339:{\displaystyle \operatorname {Pr} (|X-\alpha |\geq r)\leq {\frac {4\rho ^{2}}{9r^{2}}}} 1238: 1198: 937: 464: 79: 45: 3421: 1725: 23: 29: 3370: 3334: 2704:
As in the proof of Cantelli's inequality, it can be shown that the minimum of
3413:
Report (on cancer diagnosis) by Petunin and others stating theorem in English
3378: 3352:"A one-sided Vysochanskii-Petunin inequality with financial applications" 57: 37: 64:
implies that it is a continuous probability distribution except at the
3311:, a similar result for the distance from the mode rather than the mean 2093:
The one-sided Vysochanskij-Petunin inequality, as well as the related
1845:, the one-sided Vysochanskij-Petunin inequality holds as follows: 3247:
The standard form of the inequality can be recovered by setting
2313:
Then we can apply the Vysochanskij-Petunin inequality. With
575:, the left-hand side can equal one, so the bound is useless. 2680: 2076: 1093:{\textstyle \lambda >{\sqrt {\frac {8}{3}}}=1.63299...,} 415: 1702:{\displaystyle {\frac {r}{\rho }}={\sqrt {\frac {8}{3}}}} 2407:{\displaystyle \rho ^{2}=\mathbb {E} =u^{2}+\sigma ^{2}} 879:
and is otherwise distributed uniformly in the interval
689:
and is otherwise distributed uniformly in the interval
2067: 1948: 1062: 3279: 3253: 3102: 2902: 2880: 2860: 2832: 2791: 2765: 2710: 2423: 2319: 2144: 2115: 2053: 2009: 1997: 1968: 1905: 1893: 1854: 1825: 1798: 1778: 1758: 1673: 1516: 1412: 1392: 1372: 1352: 1261: 1241: 1221: 1201: 1108: 1033: 1007: 980: 960: 940: 885: 833: 807: 763: 695: 650: 624: 586: 555: 525: 499: 467: 447: 219: 190: 130: 102: 96:
be a random variable with unimodal distribution, and
82: 3291: 3265: 3236: 3082: 2886: 2866: 2838: 2818: 2777: 2751: 2693: 2406: 2302: 2127: 2082: 1837: 1811: 1784: 1764: 1701: 1659: 1502: 1398: 1378: 1358: 1338: 1247: 1227: 1207: 1179: 1092: 1048: 1019: 993: 966: 946: 917: 872:{\displaystyle {\frac {4}{3r^{2}}}-{\frac {1}{3}}} 871: 819: 793: 744: 681: 636: 610: 567: 537: 511: 473: 453: 425: 202: 176: 116: 88: 3402:Theory of Probability and Mathematical Statistics 3350:Mercadier, Mathieu; Strobel, Frank (2021-11-16). 3317:, a similar result for the Bernoulli distribution 2944: 1557: 2846:and simplifying yields the desired inequality. 2752:{\displaystyle {\frac {\rho ^{2}}{(r+u)^{2}}}} 8: 3335:Pukelsheim, F., 1994. The Three Sigma Rule. 177:{\displaystyle \rho ={\sqrt {\mathbb {E} }}} 3278: 3252: 3224: 3211: 3148: 3143: 3128: 3111: 3103: 3101: 3063: 3053: 3047: 3041: 3019: 3002: 2975: 2962: 2952: 2927: 2913: 2903: 2901: 2879: 2859: 2831: 2808: 2802: 2790: 2764: 2740: 2717: 2711: 2709: 2664: 2659: 2635: 2623: 2600: 2594: 2584: 2567: 2562: 2539: 2516: 2510: 2500: 2492: 2465: 2436: 2429: 2428: 2424: 2422: 2398: 2385: 2369: 2334: 2333: 2324: 2318: 2273: 2244: 2237: 2236: 2183: 2182: 2150: 2149: 2145: 2143: 2114: 2066: 2052: 2039: 2026: 2015: 2008: 1996: 1983: 1967: 1958: 1947: 1935: 1922: 1911: 1904: 1892: 1884: 1856: 1855: 1853: 1824: 1803: 1797: 1777: 1757: 1728:and other statistical heuristics, to set 1687: 1674: 1672: 1639: 1627: 1612: 1602: 1590: 1575: 1565: 1540: 1526: 1515: 1490: 1478: 1463: 1453: 1436: 1422: 1411: 1391: 1371: 1351: 1327: 1312: 1302: 1285: 1271: 1260: 1240: 1220: 1200: 1165: 1152: 1107: 1069: 1061: 1032: 1006: 985: 979: 959: 939: 894: 884: 859: 847: 834: 832: 806: 794:{\displaystyle 1\leq r\leq {\sqrt {8/3}}} 781: 776: 762: 722: 704: 694: 670: 657: 649: 623: 598: 593: 585: 554: 524: 498: 466: 446: 396: 391: 373: 361: 346: 336: 319: 314: 297: 282: 272: 264: 247: 233: 220: 218: 189: 163: 140: 139: 137: 129: 110: 109: 101: 81: 68:, which may have a non-zero probability. 3359:European Journal of Operational Research 3327: 117:{\displaystyle \alpha \in \mathbb {R} } 2105:The proof is very similar to that of 1724:It is common, in the construction of 1709:, the two cases give the same value. 682:{\displaystyle 1-{\frac {4}{3r^{2}}}} 7: 930:Specialization to mean and variance 611:{\displaystyle r\geq {\sqrt {8/3}}} 493:Without loss of generality, assume 1510:. Combining these two cases gives 14: 3273:which leads to a unique value of 1049:{\displaystyle r=\lambda \sigma } 40:lies within a certain number of 2819:{\displaystyle u=\sigma ^{2}/r} 3208: 3189: 3180: 3168: 3144: 3129: 2995: 2983: 2938: 2928: 2914: 2910: 2737: 2724: 2620: 2607: 2536: 2523: 2482: 2466: 2462: 2453: 2441: 2437: 2433: 2375: 2366: 2356: 2344: 2341: 2338: 2290: 2274: 2270: 2261: 2249: 2245: 2241: 2223: 2202: 2190: 2187: 2172: 2154: 1878: 1860: 1551: 1541: 1527: 1523: 1447: 1437: 1423: 1419: 1296: 1286: 1272: 1268: 1146: 1115: 974:and finite, non-zero variance 437:Relation to Gauss's inequality 258: 248: 234: 230: 169: 160: 147: 144: 1: 2826:. Plugging in this value of 1406:, in which case we can show 1346:, and one where the mode of 1255:, in which case we can show 1020:{\displaystyle \alpha =\mu } 28:gives a lower bound for the 1812:{\displaystyle \sigma ^{2}} 994:{\displaystyle \sigma ^{2}} 3449: 3428:Probabilistic inequalities 3371:10.1016/j.ejor.2021.02.041 3315:Rule of three (statistics) 801:, the bound is tight when 618:, the bound is tight when 436: 3337:The American Statistician 512:{\displaystyle \alpha =0} 481:yields the first case of 3433:Statistical inequalities 2778:{\displaystyle u\geq 0} 2128:{\displaystyle u\geq 0} 1838:{\displaystyle r\geq 0} 1379:{\displaystyle \alpha } 1228:{\displaystyle \alpha } 538:{\displaystyle \rho =1} 454:{\displaystyle \alpha } 3293: 3267: 3238: 3084: 2888: 2868: 2840: 2820: 2779: 2753: 2695: 2408: 2304: 2129: 2084: 1839: 1813: 1786: 1766: 1719:Chebyshev's inequality 1703: 1661: 1504: 1400: 1380: 1360: 1340: 1249: 1229: 1209: 1181: 1094: 1050: 1021: 995: 968: 948: 919: 873: 821: 795: 746: 683: 638: 612: 569: 568:{\displaystyle r<1} 539: 513: 475: 455: 427: 204: 203:{\displaystyle r>0} 178: 118: 90: 3294: 3268: 3239: 3085: 2889: 2869: 2841: 2821: 2780: 2754: 2696: 2409: 2305: 2130: 2107:Cantelli's inequality 2085: 1840: 1814: 1787: 1767: 1704: 1662: 1505: 1401: 1381: 1361: 1341: 1250: 1230: 1210: 1182: 1095: 1051: 1022: 996: 969: 949: 920: 918:{\displaystyle \left} 874: 822: 796: 747: 745:{\displaystyle \left} 684: 639: 613: 570: 540: 514: 476: 456: 428: 205: 179: 119: 91: 3277: 3251: 3100: 2900: 2878: 2858: 2830: 2789: 2763: 2708: 2421: 2317: 2142: 2113: 1852: 1823: 1796: 1785:{\displaystyle \mu } 1776: 1756: 1717:The theorem refines 1671: 1514: 1410: 1390: 1370: 1350: 1259: 1239: 1219: 1199: 1106: 1060: 1031: 1005: 978: 967:{\displaystyle \mu } 958: 938: 883: 831: 805: 761: 693: 648: 622: 584: 553: 523: 497: 465: 445: 217: 188: 128: 100: 80: 3292:{\displaystyle s=4} 3266:{\displaystyle k=2} 2095:Cantelli inequality 1056:gives that for any 820:{\displaystyle X=r} 637:{\displaystyle X=0} 461:equal to a mode of 42:standard deviations 3309:Gauss's inequality 3289: 3263: 3234: 3232: 3080: 3078: 2884: 2864: 2836: 2816: 2775: 2749: 2691: 2689: 2679: 2404: 2300: 2298: 2125: 2080: 2075: 2071: 2062: 2047: 2006: 1977: 1952: 1943: 1902: 1835: 1809: 1782: 1762: 1699: 1657: 1500: 1396: 1376: 1356: 1336: 1245: 1225: 1205: 1177: 1090: 1046: 1017: 991: 964: 944: 915: 869: 817: 791: 742: 679: 634: 608: 565: 535: 509: 489:Tightness of Bound 483:Gauss's inequality 471: 451: 423: 421: 414: 200: 174: 114: 86: 44:of the variable's 18:probability theory 3339:, 48(2), pp.88-91 3069: 3035: 3009: 2887:{\displaystyle 2} 2867:{\displaystyle k} 2839:{\displaystyle u} 2747: 2672: 2643: 2630: 2592: 2575: 2546: 2508: 2070: 2061: 2046: 2005: 1976: 1951: 1942: 1901: 1765:{\displaystyle X} 1748:One-sided version 1697: 1696: 1682: 1647: 1634: 1597: 1498: 1485: 1399:{\displaystyle r} 1359:{\displaystyle X} 1334: 1248:{\displaystyle r} 1208:{\displaystyle X} 1172: 1079: 1078: 947:{\displaystyle X} 902: 867: 854: 827:with probability 789: 735: 717: 677: 644:with probability 606: 474:{\displaystyle X} 404: 381: 368: 327: 304: 172: 89:{\displaystyle X} 3440: 3409: 3392: 3389: 3383: 3382: 3356: 3347: 3341: 3332: 3298: 3296: 3295: 3290: 3272: 3270: 3269: 3264: 3243: 3241: 3240: 3235: 3233: 3229: 3228: 3216: 3215: 3158: 3154: 3153: 3152: 3147: 3132: 3116: 3115: 3089: 3087: 3086: 3081: 3079: 3075: 3071: 3070: 3068: 3067: 3058: 3057: 3048: 3046: 3045: 3040: 3036: 3034: 3020: 3010: 3008: 3007: 3006: 2981: 2980: 2979: 2967: 2966: 2953: 2931: 2917: 2893: 2891: 2890: 2885: 2873: 2871: 2870: 2865: 2845: 2843: 2842: 2837: 2825: 2823: 2822: 2817: 2812: 2807: 2806: 2784: 2782: 2781: 2776: 2758: 2756: 2755: 2750: 2748: 2746: 2745: 2744: 2722: 2721: 2712: 2700: 2698: 2697: 2692: 2690: 2683: 2682: 2673: 2668: 2660: 2644: 2636: 2631: 2629: 2628: 2627: 2605: 2604: 2595: 2593: 2585: 2576: 2571: 2563: 2547: 2545: 2544: 2543: 2521: 2520: 2511: 2509: 2501: 2469: 2440: 2432: 2413: 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Index

probability theory
Petunin
probability
random variable
variance
standard deviations
mean
distribution
unimodal
variance
mode
Gauss's inequality
Chebyshev's inequality
control charts
Cantelli inequality
Cantelli's inequality
Gauss's inequality
Rule of three (statistics)
Pukelsheim, F., 1994. The Three Sigma Rule. The American Statistician, 48(2), pp.88-91
"A one-sided Vysochanskii-Petunin inequality with financial applications"
doi
10.1016/j.ejor.2021.02.041
ISSN
0377-2217
Report (on cancer diagnosis) by Petunin and others stating theorem in English
Categories
Probabilistic inequalities
Statistical inequalities

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