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概率论基本概念
随机试验
- 相同条件重复进行
- 可能结果不止一个
- 试验前不能确定哪个结果会出现
用表示
样本空间
可能结果的集合,用表示
集合中的元素为样本点
随机事件
试验的样本空间的子集
故随机事件为一个集合
事件发生:出现集合中的一个样本点
全集:必然事件
空集:不可能事件
随机事件概率
事件间的关系
ㅤ | 符号 | 含义 |
包含关系 | 发生必然导致发生 | |
和事件 | 至少一个发生 | |
积事件 | 当且仅当同时发生 | |
差事件 | 发生,不发生 | |
互斥事件 | 和不能同时发生 | |
对立事件 | - |
四大公式
加法
加奇减偶(抽屉原理)
减法
*将对立事件转化为减法计算
乘法
- 当相互独立时,
*对立事件对独立性无影响,即上述的可随意取对立事件。
除法(条件概率)
相容性
互不相容:不能同时发生:
互不相容的情况下,可列可加性
相互独立:
古典概型(等可能概型)
在试验满足以下条件时可以使用古典概型:
- 试验结果只有有限个
- 每个基本事件发生的可能性相等
计算公式:
- 放回抽样
每次抽出来的概率都一样。
- 不放回抽样(超几何分布)
若试验分多个阶段完成,通常考虑全概率公式和贝叶斯公式
全概率公式
将样本空间划分为若干个互不相容的事件,且(即是对样本空间的一个划分,或者完备事件组),则对任意事件:
全概率公式的意义在于,通过已知的条件概率来求解未知事件的概率。
将A的可能性在所有划分中提取出来并相加。
贝叶斯公式
贝叶斯公式是在已知某事件A发生的条件下,逆向推导导致该事件发生的各种原因的概率。其公式为:
贝叶斯公式常用于已知结果反推原因的概率问题。
其中分母是全概率公式,分子是全概率公式中的某个项。
伯努利概型
伯努利概型是一种特殊的概率模型,用于描述只有两种可能结果的独立重复试验。每次试验成功的概率为,失败的概率为,且各次试验之间相互独立。
记n次试验中成功k次的概率为:
一维随机变量及其分布
离散型随机变量分布律
分布律:
- 求法:先求取值,再求概率
复合求法(已知一个变量分布律求另一个)
如果要基于一个的分布律求的分布律,先求的所有取值,然后根据原分布律的值进行填充即可。
例
二项分布
只有两种可能
分布律:
泊松分布
二项分布的极限逼近
其中,即
性质
- 期望:
- 方差:
连续性随机变量相关计算
分布函数
分布律的连续表示
值域为,且递增
一般为分段函数。且分段点处连续。即分段点可以灵活取值,避免函数无意义的情况。
性质
- 规范性
且分段点处连续。
可以由此确定对分布函数求不定积分之后的常数值。
例
求法
分布密度
更好地反映随机变量的分布趋势
性质
- 规范性:
可以用来列方程求中的参数。
区间概率
单点概率为0:
均匀分布
概率密度函数
分布函数
期望
方差
正态分布
概率密度函数
分布函数
标准化
期望
方差
复合求法(已知其中一个分布函数求另一个)
- 找的分段点:将的分段点带入
- 根据分段点,分区间求的分布函数
- 分布函数求导得密度函数。
例
二维随机变量及其分布
离散型
边缘分布律
- 将二维压缩为一维,只注重其中一个维度。
- 行行相加,列列相加。
条件分布律
应用条件概率公式
即变量在这一行的占比。
独立性
小题:
- 写成矩阵
- 每行成比例就是独立的
大题:
- 验证对所有 是否满足,即联合概率等于边缘概率乘积
- 也可以直接举反例
两个离散型随机变量的分布律
- 列取值,求概率
连续型
- 注意:密度函数多为分段函数,求解的过程中需要保持分段状态
规范性
区域概率
边缘密度
需要保留哪个变量就把另一个积分掉
注意积分上下限,与变量有关
画图
条件密度
独立性
联合密度=边缘密度乘积
两个连续型随机变量的函数分布
例:
- 由求的分段点
- 由的非零的边角点代入
- 分区间求分布函数
- 求导求概率密度
随机变量的数字特征
期望
线性运算即可
离散型:求矩。
连续型:
- 一维:
- 二维:
- ,为联合密度
已知几维密度,用几维积分。
方差
定义:随机变量与其期望值的平方差的期望。
若 与 独立:
方差常用期望算,同时适用于离散型和连续性随机变量。
离散:
连续:
协方差
- (交换律)
- (分配律)
相关系数
- :xy不相关
- :xy满足线性关系
相关性反映的是线性关系。
不相关可以推独立,独立不能推不相关,独立不相关。
以上的离散和连续变量的区别主要体现在计算上。
各种分布特征
伯努利分布
- n重试验
- 独立
- 只有两种结果
指数分布
切比雪夫不等式
用来估计概率。
几何上,离对称轴特别远的概率小。
规律:大小不一,小大有一
例
大数定律
试验次数很大时,可以用事件的频率代替事件的概率
中心极限定理
条件:
- 多个变量
- 独立
- 同分布
归纳
独立同分布,其和为,则近似有
即无论什么分布,其和都近似服从正态分布。
便于计算,可以写成
这样可以计算均值和方差。
步骤:
- 求正态分布
- 标准化
- 查表得答案