【概率论与数理统计 Probability and Statistics 5】—— 离散型随机变量几种常见的分布函数

一、0-1 分布

所谓的 0-1 分布,大家要记住它的几个特点:

  1. 随机变量 X 只取 0 或 1 两种值。所以结果也只有两种(概率分布是 p p 1 p 1-p
  2. 我们的随机试验只做 1 次

二、二项分布

和 0-1 分布有相似之处,也有不同之处。相似点在于随机变量依然也是两种 X = 0 或 1 (概率分布就是 p p 1 p 1-p ),但是不同之处在于此时我们的随机试验是做了 n n 次,其中事件 X 发生了 k k 次。

用公式表示也很简单,设 P { A = k } P\{A = k\} 表示在 n n 次实验里面,事件A发生了 k k 次的概率,那么: P { A = k } = C n k p k ( 1 p ) n k P\{A = k\} = C_n^kp^k(1-p)^{n-k}
其中, p p 是事件 A 发生的概率。上式也记作: X X ~ B ( n , p ) B(n,p)

但是二项分布在应用的时候有些困难,难在计算,当我们的 k 很大的时候,往往这个概率值是很难计算出来的

三、泊松分布

大家需要记忆泊松分布的概率分布函数: P { X = k } = λ k k ! e λ ( k = 0 , 1 , 2 , 3 , ) P\{X=k\} = \frac{λ^k}{k!}e^{-λ}\quad(k=0,1,2,3,\cdots)
这里的 λ 是一个常数。泊松分布我们记为: X X ~ P i o s ( λ ) Pios(λ) 。这个分布在什么场景下可以用得上呢?
一般是在生活场景:例如电话呼叫台、公交站等车、、、

注意:下面介绍泊松分布的巨大优势,还记得我们上文说二项分布有的时候那个概率值根本算不出来。那么,其实我们有一个泊松定理:当二项分布里面的 n n 比较大(试验次数比较多), p p 比较小的时候,我们可以使用泊松分布来近似代替二项分布。(记得 n n 一定得大一点, p p 一定得小一点)

更具体地说:如果当 n p 10 np ≤ 10 时,我们有: λ = n p λ = np ,使用泊松分布来求解概率。泊松分布求概率是一件不困难的事情,因为我们有泊松分布表!下面展示了表的一部分,我们看看怎么查表:

在这里插入图片描述
看一个例题:

设每次击中目标的概率是0.001,且各次射击是否击中目标可以看作互相没有影响,如果射击5000次,求:
(1)击中12次的概率

首先我们分析啊:射击这玩意儿结果不就两个嘛——击中和击不中,因此本题是符合二项分布的。
那么,首先设 ξ ξ 表示击中的数目。因此击中12次的概率就是: P { ξ = 12 } = C 5000 1 0.00 1 12 9.99 9 5000 12 P\{ξ = 12\} = C_{5000}^10.001^{12}9.999^{5000-12}
这个复杂的式子根部无法计算,但是我们别忘了泊松定理:此处, n = 5000 n=5000 p = 0.001 p=0.001 n p = 5 np = 5 ,满足泊松定理的条件,因此,λ = np = 5,有: P { ξ = 12 } = 5 12 12 ! e 5 P\{ξ=12\} = \frac{5^{12}}{12!}e^{-5}
我们就下来就可以查表了:找到 λ=5和 k =12对应的值,就是概率。

四、几何分布

首先,大前提依然是伯努利试验。假设成功的概率是 p p ,如果把 X 记为首次出现成功所需要的试验次数,那么,有: P { X = k } = p ( 1 p ) k 1 P\{X=k\} = p(1-p)^{k-1}
这个式子好理解:首先,我们现在是知道第 k 次试验是已经成功了,而且是首次成功。那么我们直接先把那一次成功的概率摆在第一个。反之,第 k 次试验才出现首次成功,意味着前面的 k-1 次都是不成功的。

4.1 几何分布的无记忆性

我们举一个有趣的例子理解一下:

现在假如你是一名“赌徒”,来到了赌场准备“大干一场”,你正在做的是 “赌大小”,而你现在已经连续 10 次押 “大”,然而结果全部都是 “小”。这时,你会怎么想?

如果是真赌徒,你可以会这么认为:都已经连续 10 把出现 小 了,那么之后再出现小的概率应该会很小,所以,你一口气把所有身家都投在了买 “大”。。。

而真实情况是:你是学过 几何分布 人,因此,你想了一下:你现在参与的这次赌注,结果要么大,要么小,这似乎符合几何分布,我们把几种情况列出来看看:
在这里插入图片描述
事实上,在前10次都是 小 的情况下,第 11 次出现大和直接第一次就出现大的概率完全一样!即:
P { X = 11 X > 10 } = P { X = 1 } P\{X=11|X>10\} = P\{X=1\}
这就是几何分布的无记忆性。

五、超几何分布

举个例子引入超几何分布:
在一箱 N 件装的产品里面混入了 M 个次品。现在从里面抽取 n 件(n≤M),问从中查到的次品的件数 ξ 的概率分布: P { ξ = k } = C M k C N M n k C N n P\{ξ = k\} = \frac{C_M^kC_{N-M}^{n-k}}{C_N^n}

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