二项分布和多项分布

    首先二项分布和多项分布都是离散型分布

一 、二项式分布

(一)二项分布的基本概念

    首先说一下伯努利试验,即n次独立重复试验,是在同样的条件下重复、相互独立进行的一种随机试验。

    伯努利试验的特点是:

        (1)每次试验中事件只有两种结果:事件发生或者不发生,如硬币正面或反面,患病或没患病;

        (2)每次试验中事件发生的概率是相同的,注意不一定是0.5;

        (3)n次试验的事件相互之间独立。

    举个实例,最简单的抛硬币试验就是伯努利试验,在一次试验中硬币要么正面朝上,要么反面朝上,每次正面朝上的概率都一样p=0.5,且每次抛硬币的事件相互独立,即每次正面朝上的概率不受其他试验的影响。如果独立重复抛n=10次硬币,正面朝上的次数k可能为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10中的任何一个,那么k显然是一个随机变量,这里就称随机变量k服从二项分布。

    我们推导下随机变量X=k的分布律。显然0<=k<=n,n次抛硬币中获得k次正面,第1次正面在n次抛硬币中出现有n种方式,则第2次正面在n次抛硬币中出现有n-1种方式,以此类推,则出现的总可能方式是:n(n-1)…(n-k+1)种,如果我们并不考虑这k次正面出现的排列顺序,因此恰好出现k次的总可能性是n(n-1)…(n-k+1)/k!种,分子和分母同时乘以(n-k)!,则该式等于n!/(k!*(n-k)!),也就是通常的组合公式C(n,k)=n!/(k!*(n-k)!)。

    那么对于抛n次硬币,其中正面出现的次数是k,反面出现的次数必然为n-k次,不考虑顺序的情况下,则每一次恰好获得k次正面的概率是pk*(1-p)n-k,而n次试验中恰好出现k次正面的可能性是C(n,k)=n!/(k!*(n-k)!)种,因此,n次抛硬币中恰好出现k次的概率为:

                                                                                                        P(X=k) = C(n,k) * pk*(1-p)n-k

    这就是二项分布的分布律,即二项分布的的概率质量函数,记作X~B(n,p),其中C(n,k)是组合数,在数学中也叫二项式系数,这就是二项分布名称的来历。

    二项分布的均值:E(x)=np

    二项分布的方差:Var(x)=np(1-p)

(二)二项分布的实现(python)

    numpy给出的api是:

numpy.random.RandomState.binomial(n, p, size=None)

    表示对一个二项分布进行采样(size表示采样的次数),参数中的n,p分别对应于公式中的n,p,函数的返回值表示n中成功(success)的次数(也即k)。我们以一个具体的实例进行阐释:

说野外正在进行9(n=9)口石油勘探井的发掘工作,每一口井能够开发出油的概率是0.1(p=0.1)。请问,最终所有的勘探井都勘探失败的概率?

     我们手动用公式计算得:

                                                             

    python实现如下:

import numpy as np
n, p = 9, .1
a=sum((np.random.binomial(n, p, size=30000)==0))/30000.
print a

 运行结果为:0.387333333333

二、多项式分布

(一)基本概念

    多项式分布是指单次试验中随机变量的取值不在是0-1,而是有多种离散值可能(1,2,3,4…..k)。比如投6个面的骰子试验,N次试验结果服从K=6的多项分布。其中:

                                                                                                         

    多项分布的概率密度函数为:

                                         

    其中:       

                

                   

 (二)例子

    假设萤火虫对食物的喜欢程序,我们给三种选择:花粉,蚜虫,面团。假设20%的萤火虫喜欢花粉,35%的萤火虫喜欢蚜虫,45%的萤火虫喜欢面团。我们对30只萤火虫做实验,发现8只喜欢花粉,10只喜欢蚜虫,12只喜欢面团,这件事的概率为:

                                                                           

参考来源:

https://blog.csdn.net/qq280929090/article/details/53156655

https://blog.csdn.net/lanchunhui/article/details/50172659

Published by

风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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