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概率論與數理統計筆記第二天

二維隨機變數的條件分佈:

        定義

              在兩個隨機變數 X,Y的情況下,給定Y 取某些值的情況下, 稱:  是Y =y 的條件下X的條件概率密度;

         離散型隨機變數的條件分佈

                為在  Y =  條件下隨機變數 f(x,y) 的條件分佈律;

                 即  離散型隨機變數的條件分佈 = 聯合分佈 概率  /  邊緣分佈 概率(注意,可能會用到級數);

         連續型隨機變數的條件分佈

                    稱 它為 極限 X= x的條件下,y的條件分佈函式;   記為: P{Y<= y | X = x} 或者

   且有:   即: 對條件概率密度 積分  可求得 條件分佈; 

           聯合分佈 可求 邊緣分佈 以及條件分佈;  邊緣分佈 與 條件分佈 也可求 聯合分佈; 

相互獨立的隨機變數:

       判定:   1. 變數間互不影響(離散型);

                     2. 它們的兩個邊緣分佈 概率的乘積  等於聯合分佈 概率(連續型)

          即 對連續性隨機變數,若:  成立,則 這兩個隨機變數相互獨立;

數學期望:

     理解: 即 加權平均, 也即: 隨機變數可能取到的值與其概率之積 的累加;

     離散型隨機變數的數學期望: 

                設 X 分佈律  為: 

                 若 級數:  絕對收斂,則 稱 級數 的和 為 隨機變數X 的數學期望,記為: E(X);

                    E(x) =

     連續型隨機變數的數學期望

           設連續型隨機變數 X 的概率密度 為 f(x) , 若積分   絕對收斂,則稱 積分  為X 的數學期望,記為:E(X);   

             E(x) =

常見隨機變數的數學期望

                   指數分佈:                       方差:   數學期望:θ;

                   均勻分佈:                    方差:     數學期望: 

                   二項分佈:   方差: np(1-p)        數學期望:  np

                   泊松分佈:                           方差: λ                  數學期望:λ

                   正態分佈:    方差: σ^2            數學期望: μ

數學期望的性質:

         1.   E(C)  =c;

         2.   E(2C) = 2E(C);

         3.   E(X+Y) = E(X)+E(Y);

         4.   若 X與 Y 相互獨立,則E(X*Y) = E(X)E(Y);

二維隨機變數的數學期望:

         E(XY) =

隨機變數的函式   的數學期望:

       離散型:  概率(權值)不變,相應的隨機量變化;

       連續型:  E( g(x) ) =    (大寫變小寫)

隨機變數的方差:

        常用來體現隨機變數取值 分散程度的量;

        定義

              若X 是 一個隨機變數,有:   存在,稱: 為 X 的方差,記為 D(X);

             D(X) = E(X^2) - E^2(X),   即:方差  等於 隨機變數的平方 的期望 - 隨機變數的期望 的平方

              為標準差  或 均方差,記為 :σ(X);

        離散型隨機變數的方差計算

              

         連續型隨機變數的方差計算

                  

                或者:  

         性質

                1.  D(C)=0;   C 為常數;

                2.  若X,Y相互獨立, 則: D(X+- Y) = D(X) +- D(Y);

                3.  D(CX) =C^2 * D(X);

                4.  D(aX+b) = a^2 * D(X);

                5.  D(-X) = D(X);

        標準化變數:   的期望為 0, 方差為 1;

切比雪夫不等式:

        若隨機變數 X  具有  E(X) = μ,  方差 D(X) = σ^2 ,  則 對於任意  ε, 有不等式:

                

                 

協方差:

        定義

                Cov(X,Y) = E[ ( X-E(X) )*(Y-E(Y) ) ] ;

         計算公式:

                  若 X,Y 相互獨立, Cov(X,Y) = E[ X-E(X)] * E[Y-E(Y)] =0;

                  Cov(X,Y) = E(XY) - E(X)E(Y);

                  D(X+Y) = D(X) + D(Y) + 2 Cov(X,Y);

                  D(X-Y)  = D(X) + D(Y) -  2 Cov(X,Y);

          性質

                  Cov(X,Y) = Cov(Y,X);

                  Cov(aX,bY) = ab Cov(X,Y);

                  Cov(X1+X2,Y) = Cov(X1,Y) + Cov(X2,Y);

                   若 X,Y相互獨立,則 E(X,Y) = E(X)*E(Y);

相關係數:

         定義:   

                  設 (X,Y) 為 二維隨機變數, D(X),D(Y) Cov(X,Y)  滿足: , 稱  為相關係數,  它反映了 X與 Y 相關關係的無量綱的關係

                   當  =0 時, X 與 Y 不相關;

                 注意: 相互獨立 ==> ρ=0;   ρ=0  =/=>相互獨立;

         性質

                -1 <=  <= 1;

             |  | =1 的充要條件:   存在 a,b ,使得 P(Y = a+bX) =1,即 X與 Y 幾乎處處有線性關係;

              >0  稱為 正相關;   <0  稱為 負相關;

              當 =1時,線性關係最強;

大數定理:

           伯努利大數定理:  包含 切比雪夫弱大數定理;  辛欽弱大數定理

              概率是頻率的穩定值;

           拋硬幣實驗的數學意義:

                  

                它表示 頻率不一定 為 1/2, 但與  1/2 的偏差 >= ε的概率為0;

          切比雪夫弱大數定理

                 設 x1,x2 ...  為獨立隨機變數序列,它們具有共同的數學期望μ, 並且 D(xi) <= C,  i=1,2 ...

                  且 對任意的 ε >0 , 有 D(xi):

                       

           辛欽弱大數定理

                   設  x1,x2  ... 相互獨立,服從同一分佈, 具有數學期望:  E(xi)  = μ,i=1,2, ...   , 且 對任意的 ε >0, 有:

                        

中心極限定理:

          作用:   用於研究正態分佈;   用於研究 獨立的隨機變數;

          定義

                   把 隨機變數的和  的分佈 收斂於 正態分佈 這一類 定理  稱為  中心極限定理;

                   求和的標準化公式:    

          定理一

                  隨機變數序列  獨立 且服從同一分佈時, 有:

                     

                       : 求概率的方法

            定理二(德莫佛-拉普拉斯方程)

                      設隨機變數   (n=1,2,...)  服從引數為 n,p的二項分佈, 則對於任意x  ,恆有:

                  

                 它的修正方程: