Класс 11 → Вероятность и статистика ↓
Распределения вероятностей
Распределения вероятностей играют важную роль в области статистики и теории вероятностей. Они помогают нам понимать и предсказывать вероятность различных исходов. В этом руководстве мы рассмотрим, что такое распределения вероятностей, как они используются, и рассмотрим несколько распространенных примеров, все в простых терминах, чтобы каждый мог понять.
Что такое распределение вероятностей?
Распределения вероятностей показывают, как вероятности распределены по различным возможным исходам. Представьте, что у вас есть обычный честный кубик. Распределение вероятностей для броска этого кубика будет назначать вероятность каждому числу от 1 до 6. Поскольку это честный кубик, каждое из этих чисел имеет равную вероятность быть выброшенным, а именно 1/6.
Математически распределение вероятностей - это функция, которая предоставляет вероятности возникновения различных возможных исходов в эксперименте. Простой способ представить распределение вероятностей - воспользоваться таблицей или графиком.
1. Дискретное распределение вероятностей
Дискретные распределения вероятностей применяются в случаях, когда набор возможных исходов является дискретным (отдельным и изолированным), например, как бросок кубика или подбрасывание монеты.
Пример: Бросок кубика
Рассмотрим честный шестигранный кубик. Распределение вероятностей может быть представлено следующим образом:
Результат (X) | Вероятность P(X) |
---|---|
1 | 1/6 |
2 | 1/6 |
3 | 1/6 |
4 | 1/6 |
5 | 1/6 |
6 | 1/6 |
Эта таблица точно отражает дискретное распределение вероятности для одного броска честного шестигранного кубика.
График выше наглядно показывает это распределение, где высота каждого столбца соответствует вероятности соответствующего исхода.
2. Непрерывные распределения вероятностей
Непрерывное распределение вероятностей, с другой стороны, относится к распределению, в котором исходы могут принимать любое значение в определенном диапазоне. В отличие от дискретного распределения, вероятности в непрерывном распределении связаны с диапазонами исходов, а не с отдельными значениями.
Пример: Рост студентов
Например, рост студентов в классе можно моделировать с использованием непрерывного распределения вероятностей, поскольку рост может варьироваться в пределах диапазона и не ограничен набором дискретных значений.
Очень распространенным типом непрерывного распределения является нормальное распределение, часто называемое колоколообразной кривой из-за его формы:
На приведенной выше кривой показано нормальное распределение для роста студентов, где большинство значений роста близки к среднему, а менее распространенные значения роста находятся на крайностях.
Математическое представление распределений
Математическое представление распределения вероятностей зависит от того, является ли оно дискретным или непрерывным. Вот как они могут быть представлены:
Дискретное распределение
Для дискретных распределений обычно используются функции массы вероятности (PMF). Эти функции дают вероятность того, что дискретная случайная величина равна определенному значению.
P(X = x) = f(x)
Здесь f(x)
представляет вероятность того, что случайная величина X
принимает значение x
.
Непрерывное распределение
Непрерывные распределения используют функции плотности вероятности (PDF), которые описывают вероятность того, что случайная величина принимает заданное значение. В отличие от дискретного случая, здесь вероятности определяются интеграцией по интервалу.
P(a ≤ X ≤ b) = int_{a}^{b} f(x) ,dx
Этот интеграл дает вероятность того, что непрерывная случайная величина X
попадает в диапазон a
до b
.
Нормальное распределение вероятностей
Существует несколько важных распределений вероятностей, которые часто встречаются в реальных приложениях:
1. Биномиальное распределение
Биномиальное распределение - это дискретное распределение. Оно представляет количество успехов в последовательности из n
независимых экспериментов "да/нет", каждый из которых дает успех с вероятностью p
.
Пример: Если вы подбрасываете честную монету 3 раза, распределение количества выпавших орлов (успехов) является биномиальным распределением, где n = 3
и p = 0.5
.
2. Нормальное распределение
Нормальное распределение - это непрерывное распределение и, возможно, самое важное распределение в статистике. Оно симметрично и описывает подавляющее большинство естественно встречающихся событий. Нормально распределенные события имеют среднее значение μ
и дисперсию σ^2
.
3. Распределение Пуассона
Это дискретное распределение, которое выражает вероятность определенного количества событий, происходящих в определенном интервале времени или пространства. Подходящие условия для распределения Пуассона включают постоянную среднюю скорость и независимость между событиями.
Свойства распределений вероятностей
При работе с распределениями вероятностей важно учитывать несколько свойств:
- Сумма вероятностей: Для дискретного распределения сумма вероятностей всех возможных исходов должна быть равна 1. В непрерывном распределении площадь под всей кривой плотности вероятности должна быть равна 1.
- Среднее или ожидание: Ожидаемое значение - это среднее значение случайной величины по бесконечному числу испытаний.
- Дисперсия: Дисперсия показывает разброс возможных значений случайной величины.
Заключение
Распределения вероятностей предоставляют полное представление о том, как вероятности распределяются по различным возможным исходам. Понимание этих распределений является основополагающим для понимания данных, на которых построены основы статистического анализа и выводов. Независимо от того, бросаете ли вы кубики, измеряете рост студентов или рассматриваете более сложные явления, распределения вероятностей предоставляют нам инструменты, необходимые для оценки и понимания скрытой случайности мира вокруг нас.