Communications for Statistical Applications and Methods
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v.14
no.3
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pp.561-576
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2007
Five plotting positions are applied to the computation of probability weighted moments (PWM) on the parameters of the generalized logistic distribution. Over a range of parameter values with some finite sample sizes, the effects of five plotting positions are investigated via Monte Carlo simulation studies. Our simulation results indicate that the Landwehr plotting position frequently tends to document smaller biases than others in the location and scale parameter estimations. On the other hand, the Weibull plotting position often tends to cause larger biases than others. The plotting position (i - 0.35)/n seems to report smaller root mean square errors (RMSE) than other plotting positions in the negative shape parameter estimation under small samples. In comparison to the maximum likelihood (ML) method under the small sample, the PWM do not seem to be better than the ML estimators in the location and scale parameter estimations documenting larger RMSE. However, the PWM outperform the ML estimators in the shape parameter estimation when its magnitude is near zero. Sensitivity of right tail quantile estimation regarding five plotting positions is also examined, but superiority or inferiority of any plotting position is not observed.
Probability plotting position is generally used for the graphical analysis of the annual maximum quantile and the estimation of exceedance probability to display the fitness between sample and an appropriate probability distribution. In addition, it is used to apply a specific goodness of fit test. Plotting position formula to define the probability plotting position has been studied in many researches. Especially, the GEV distribution which is an important probability distribution to analyze the frequency of hydrologic data was popular. In this study, the theoretical reduced variates are derived using the mean value of order statistics to derived an appropriate plotting position formula for the GEV distribution. In addition, various forms of plotting position formula considering various sample sizes and coefficients of skewness related with shape parameters are applied. The parameters of plotting position formulas are estimated using the genetic algorithm. The accuracy of derived plotting position formula is estimated by the errors between the theoretical reduced variates and those by various plotting position formulas including the derived ones in this study. As a result, the errors by derived plotting position formula is the smallest at the range of shape parameter with -0.25~0.10.
Kim, Soo-Young;Heo, Jun-Haeng;Shin, Hong-Joon;Kho, Youn-Woo
Journal of Korea Water Resources Association
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v.42
no.5
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pp.365-374
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2009
Probability plotting positions are used for the graphical display of annual maximum rainfall or flood series and the estimation of exceedance probability of those values. In addition, plotting positions allow a visual examination of the fitness of probability distribution provided by frequency analysis for a given data. Therefore, the graphical approach using plotting position has been applied to many fields of hydrology and water resources planning. In this study, the plotting position formula for the Gumbel distribution is derived by using the order statistics and the probability weight moment of the Gumbel distribution for various sample sizes. And then, the parameters of plotting position formula for the Gumbel distribution are estimated by using genetic algorithm. The appropriate plotting position formulas for the Gumbel distribution are examined by the comparison of root mean square errors and biases between theoretical reduced Gumbel variates and those calculated from derived and existing plotting position formulas. As the results, Gringorten's plotting position formula has the smaller root mean square errors and biases than any other formulas.
Probability plotting positions are popular and used as the basis for distribution fitting and for inspecting the quality of the fit because of its simplicity. The plotting positions that lead to excellent approximation to the mean of the order statistics should be used if the objective of the fitting is to estimate quantiles. Since the mean depends on the sample size and is not amenable for simple to use closed form solution, many plotting positions have been presented in the literature, including a new plotting position that is derived based on the weighted least-squares method. In this study, the accuracy of using the new plotting position to fit the Gumbel distribution for estimating quantiles is assessed. Also, plotting positions derived by fitting the mean of the order statistics for all ranks is proposed, and an approximation to the covariance of the order statistics for the Gumbel (and Weibull) variate is given. Relative bias and root-mean-square-error of the estimated quantiles by using the proposed plotting position are shown. The use of the proposed plotting position to estimate the quantiles of annual maximum wind speed is illustrated.
The generalized extreme value distribution (GEVD) is frequently used to fit the block maximum of environmental parameters such as the annual maximum wind speed. There are several methods for estimating the parameters of the GEV distribution, including the least-squares method (LSM). However, the application of the LSM with the expected order statistics has not been reported. This study fills this gap by proposing a fitting method based on the expected order statistics. The study also proposes a plotting position to approximate the expected order statistics; the proposed plotting position depends on the distribution shape parameter. The use of this approximation for distribution fitting is carried out. Simulation analysis results indicate that the developed fitting procedure based on the expected order statistics or its approximation for GEVD is effective for estimating the distribution parameters and quantiles. The values of the probability plotting correlation coefficient that may be used to test the distributional hypothesis are calculated and presented. The developed fitting method is applied to extreme thunderstorm and non-thunderstorm winds for several major cities in Canada. Also, the implication of using the GEVD and Gumbel distribution to model the extreme wind speed on the structural reliability is presented and elaborated.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.51
no.3
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pp.53-62
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2009
This study was carried out to select optimal probability distribution based on design accumulated monthly mean inflow from the viewpoint of drought by Gamma (GAM), Generalized extreme value (GEV), Generalized logistic (GLO), Generalized normal (GNO), Generalized pareto (GPA), Gumbel (GUM), Normal (NOR), Pearson type 3 (PT3), Wakeby (WAK) and Kappa (KAP) distributions for the observed accumulative monthly mean inflow of Chungjudam. L-moment ratio was calculated using observed accumulative monthly mean inflow. Parameters of 10 probability distributions were estimated by the method of L-moments with the observed accumulated monthly mean inflow. Design accumulated monthly mean inflows obtained by the method of L-moments using different methods for plotting positions formulas in the 10 probability distributions were compared by relative mean error (RME) and relative absolute error (RAE) respectively. It has shown that the design accumulative monthly mean inflow derived by the method of L-moments using Weibull plotting position formula in WAK and KAP distributions were much closer to those of the observed accumulative monthly mean inflow in comparison with those obtained by the method of L-moment with the different formulas for plotting positions in other distributions from the viewpoint of RME and RAE.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.18
no.6
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pp.707-716
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2011
Quantiles and quantile ranks(or plotting positions) are widely used in academia and industry. Sample quantile methods and sample quantile methods implemented in some major statistical software are at least seven, respectively. Small looking differences between the methods can make big differences in outcomes that result from decisions based on them. We discussed the characteristics and differences of the basic plotting position using the empirical cumulative probability and the six plotting positions derived from the suggestion of Blom (1958). After discussing the characteristics and differences of seven quantile methods used in the some major statistical software, we suggested a general expression covering all seven quantile methods. Using the insight obtained from the general expression, we proposed four propositions that make it possible to find the plotting position method that correspond to each of the seven quantile methods. These correspondences may help us to understand and apply quantile methodology.
The Ln-least method is commonly used to estimate the Weibull parameters from the observed wind speed data. In previous studies, the bin method has been used to calculate the cumulative frequency distribution for the Ln-least method. The purpose of this study is to obtain better performance in the Ln-least method by applying probability plotting position(PPP) instead of the bin method. Two types of the wind speed data were used for the analysis. One was the observed wind speed data taken from three sites with different topographical conditions. The other was the virtual wind speed data which were statistically generated by a random variable with known Weibull parameters. Also, ten types of PPP formulas were applied which were Hazen, California, Weibull, Blom, Gringorten, Chegodayev, Cunnane, Tukey, Beard and Median. In addition, in order to suggest the most suitable PPP formula for estimating Weibull parameters, two accuracy tests, the root mean square error(RMSE) and $R^2$ tests, were performed. As a result, all of PPPs showed better performances than the bin method and the best PPP was the Hazen formula. In the RMSE test, compared with the bin method, the Hazen formula increased estimation performance by 38.2% for the observed wind speed data and by 37.0% for the virtual wind speed data. For the $R^2$ test, the Hazen formula improved the performance by 1.2% and 2.7%, respectively. In addition, the performance of the PPP depended on the frequency of low wind speeds and wind speed variability.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.40
no.2
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pp.59-68
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1998
This study was conducted to derive optimal design floods by generalized gamma distribution model of the annual maximum series at eight watersheds along Geum, Yeongsan and Seomjin river systems. Design floods obtained by different methods for evaluation of parameters and for plotting positions in the generalized gamma distribution model were compared by the relative mean errors and graphical fit along with 95% confidence limits plotted on gamma probability paper. The results were analyzed and summarized as follows. 1. Basic statistics and parameters were calculated by the generalized gamma distribution model using different methods for parameters. 2. Design floods according to the return periods were obtained by different methods for evaluation of parameters and for plotting positions in the generalized gamma distribution model. 3. It was found that design floods derived by sundry averages method for parameters and Cunnane method for plotting position in the generalized gamma distribution are much closer to those of the observed data in comparison with those obtained by the other methods for parameters and for plotting positions from the viewpoint of relative mean errors. 4. Reliability of design floods derived by sundry averages method in the generalized gamma distribution was acknowledged within 95% confidence interval.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.39
no.3
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pp.83-95
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1997
This study was conducted to derive optimal design floods by Gamma distribution models of the annual maximum series at eight watersheds along Geum , Yeong San and Seom Jin river Systems, Design floods obtained by different methods for evaluation of parameters and for plotting positions in the Gamma distribution models were compared by the relative mean errors and graphical fit along with 95% confidence interval plotted on Gamma probability paper. The results were analyzed and summarized as follows. 1.Adequacy for the analysis of flood flow data used in this study was confirmed by the tests of Independence, Homogeneity and detection of Outliers. 2.Basic statistics and parameters were calculated by Gamma distribution models using Methods of Moments and Maximum Likelihood. 3.It was found that design floods derived by the method of maximum likelihood and Hazen plotting position formular of two parameter Gamma distribution are much closer to those of the observed data in comparison with those obtained by other methods for parameters and for plotting positions from the viewpoint of relative mean errors. 4.Reliability of derived design floods by both maximum likelihood and method of moments with two parameter Gamma distribution was acknowledged within 95% confidence interval.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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