L2-离散变量分布:Bernoulli分布、二项分布、泊松分布等
1. 定義
隨機試驗的每一個結果都對應變量XXX的一個確定的取值,因此變量XXX是樣本空間SSS上的函數:
X=X(e)(e∈S)X=X(e) \;\;\; (e \in S)X=X(e)(e∈S)
離散型隨機變量:如果隨機變量XXX的取值是有限個或可列無窮個,則稱XXX為離散型隨機變量。
設離散型隨機變量XXX的所有可能取值為x1x2,…,xn,…x_1 x_2,…,x_n,…x1?x2?,…,xn?,…,離散型隨機變量XXX的分布律如下:
P{X=xn}=pn(n=1,2,…)P\{X=x_n \}=p_n (n=1,2,…)P{X=xn?}=pn?(n=1,2,…) 或
| XXX | x1x_1x1? | x2x_2x2? | … | xnx_nxn? |
| PPP | p1p_1p1? | p2p_2p2? | … | pnp_npn? |
對于任意自然數nnn,pn≥0p_n≥0pn?≥0,且∑npn=1\sum_n p_n =1∑n?pn?=1。
2. 常見離散變量分布
(1)Bernoulli分布
Bernoulli分布又稱兩點分布或0-1分布。
伯努利試驗(Bernoulli trial)是只有兩種可能結果的單次隨機試驗,即對于一個隨機變量X而言:
P{X=1}=p,P{X=0}=1?pP\{X=1\}=p, P\{X=0\}=1-pP{X=1}=p,P{X=0}=1?p
如果隨機變量XXX的分布律為P{X=k}=pk(1?p)1?k,k=0,1P\{X=k\}=p^k (1-p)^{1-k},k=0,1P{X=k}=pk(1?p)1?k,k=0,1
則稱隨機變量XXX服從參數為ppp的Bernoulli分布,記作X~B(1,p)X \sim B(1,p)X~B(1,p)
(2)二項分布
如果隨機變量XXX的分布律為
P{X=k}=Cnkpk(1?p)(n?k),(k=0,1,…,n)P\{X=k\}= C_n^k p^k (1-p)^{(n-k)},(k=0,1,…,n)P{X=k}=Cnk?pk(1?p)(n?k),(k=0,1,…,n)
則稱隨機變量XXX服從參數為(n,p)(n,p)(n,p)的二項分布,記作X~B(n,p)X \sim B(n,p)X~B(n,p)。
二項分布(Binomial distribution)是nnn重伯努利試驗成功次數的離散概率分布。顯然,當n=1n=1n=1時,X~B(1,p)X \sim B(1,p)X~B(1,p),此時XXX服從Bernoulli分布,因此Bernoulli分布是二項分布的一個特例。
(3) 多項分布
多項式分布(Multinomial Distribution)是二項式分布的推廣。nnn次伯努利實驗,每次試驗的結果可以有多mmm個,且mmm個結果發生的概率互斥且和為1,則發生其中一個結果XXX次的概率就是多項式分布。
P(X1=n1,...,Xk=nk)={n!∏i=1kpinini!,∑i=1kni=n0,otherwiseP(X_1 = n_1,...,X_k=n_k)=\left\{ \begin{matrix} n!\prod_{i=1}^k \frac{p_i^{n_i}}{n_i!}, \sum_{i=1}^kn_i=n \\0, otherwise \end{matrix} \right.P(X1?=n1?,...,Xk?=nk?)={n!∏i=1k?ni?!pini???,∑i=1k?ni?=n0,otherwise?
(4) Poisson分布
如果隨機變量X的分布律為
P{X=k}=λkk!e?λ(k=0,1,2,…)P\{X=k\}=\frac {\lambda^k}{k!} e^{-\lambda} (k=0,1,2,…) P{X=k}=k!λk?e?λ(k=0,1,2,…) 其中,λ>0\lambda >0λ>0為常數
則稱隨機變量XXX服從參數$\lambda $的Poisson分布。
可以證明,電話總機在某一時間間隔內收到的呼叫次數,放射物在某一時間間隔內發射的粒子數,容器在某一時間間隔內產生的細菌數,在一定條件下,都服從Poisson分布。
Poisson定理
設在Bernoulli試驗中,以PnP_nPn?代表事件AAA在試驗中發生的概率,它與試驗總數nnn有關。如果
lim?n→+∞nPn=λ>0\lim_{n \to +\infty} nP_n = \lambda >0 n→+∞lim?nPn?=λ>0
則lim?n→+∞Cnkpk(1?p)(n?k)=λkk!e?λ\lim_{n \to +\infty} C_n^k p^k (1-p)^{(n-k)} = \frac {\lambda^k}{k!} e^{-\lambda} n→+∞lim?Cnk?pk(1?p)(n?k)=k!λk?e?λ
由Poisson定理可知,若隨機變量X~B(n,p)X \sim B(n,p)X~B(n,p),則當nnn比較大,ppp比較小時,令λ=np\lambda=npλ=np,則有
P{X=k}=Cnkpk(1?p)n?kP\{X=k\}=C_n^k p^k(1-p)^{n-k}P{X=k}=Cnk?pk(1?p)n?k
(5) 幾何分布
隨機變量XXX的分布律為P{X=k}=qk?1p(k=1,2,…)P\{X=k\}=q^{k-1}p \;\;\;\; (k=1,2,…)P{X=k}=qk?1p(k=1,2,…) 其中p≥0,q≥0,p+q=1p≥0,q≥0,p+q=1p≥0,q≥0,p+q=1。
(6) 超幾何分布
隨機變量XXX的分布律為
P{X=k}=CMkCN?Mn?kCNn(k=0,1,…,min?(M,n))P\{X=k\}=\frac {C_M^k C_{N-M}^{n-k}}{C_N^n} \;\;\;\; (k=0,1,…,min?(M,n))P{X=k}=CNn?CMk?CN?Mn?k??(k=0,1,…,min?(M,n))
總結
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