第五章概率和概率分布.ppt
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1、统 计 学,第五章 概率和 概率分布,第五章 概率和概率分布,1 概率的问题2 离散变量的概率分布 3 连续变量的概率分布 4 抽样分布,学习目标,1.了解随机事件的概念、事件的关系和运算2.理解概率的定义,掌握概率的性质和运算法则理解随机变量及其分布,计算各种分布的概率,1 概率的问题,1.1 事件 1.2 概率1.3 概率分布,随机事件的几个基本概念,随机事件的几个基本概念,试 验,在相同条件下,对事物或现象所进行的观察例如:掷一枚骰子,观察其出现的点数试验具有以下特点可以在相同的条件下重复进行每次试验的可能结果可能不止一个,但试验的所有可能结果在试验之前是确切知道的在试验结束之前,不能确
2、定该次试验的确切结果,事件的概念,事件:随机试验的每一个可能结果(任何样本点集合)例如:掷一枚骰子出现的点数为3随机事件:每次试验可能出现也可能不出现的事件例如:掷一枚骰子可能出现的点数必然事件:每次试验一定出现的事件,用表示例如:掷一枚骰子出现的点数小于7不可能事件:每次试验一定不出现的事件,用表示例如:掷一枚骰子出现的点数大于6,事件与样本空间,基本事件一个不可能再分的随机事件例如:掷一枚骰子出现的点数样本空间一个试验中所有基本事件的集合,用表示例如:在掷枚骰子的试验中,1,2,3,4,5,6在投掷硬币的试验中,正面,反面,1.1 事件,1.1.2 事件的关系事件的包含;事件的互斥;事件的
3、并(或和);事件的交(或积);事件的差;事件的逆。,1.1.2 事件的关系和运算(事件的包含),若事件A发生必然导致事件B发生,则称事件B包含事件A,或事件A包含于事件B,记作或 A B或 B A,1.1.2 事件的关系和运算(事件的并或和),事件A和事件B中至少有一个发生的事件称为事件A与事件B 的并。它是由属于事件A或事件B的所有的样本点组成的集合,记为AB或A+B,1.1.2 事件的关系和运算(事件的交或积),事件A与事件B同时发生的事件称为事件A与事件B的交,它是由属于事件A也属于事件B的所有公共样本点所组成的集合,记为BA 或AB,1.1.2 事件的关系和运算(互斥事件),事件A与事
4、件B中,若有一个发生,另一个必定不发生,则称事件A与事件B是互斥的,否则称两个事件是相容的。显然,事件A与事件B互斥的充分必要条件是事件A与事件B没有公共的样本点,1.1.2 事件的关系和运算(事件的逆),一个事件B与事件A互斥,且它与事件A的并是整个样本空间,则称事件B是事件A的逆事件。它是由样本空间中所有不属于事件A的样本点所组成的集合,记为A,1.1.2 事件的关系和运算(事件的差),事件A发生但事件B不发生的事件称为事件A与事件B的差,它是由属于事件A而不属于事件B的那些样本点构成的集合,记为A-B,1.1.3 事件的性质,事件的性质 设A、B、C为三个事件,则有交换律:AB=BA A
5、B=BA结合律:A(BC)=(AB)C A(BC)=(AB)C分配律:A(BC)=(AB)(AC)A(BC)=(AB)(AC),1.2 概率,1.2.1 事件的概率 事件A的概率是对事件A出现的可能性大小的一种度量,数学表示为,概率的数学性质有:,非负性对任意事件A,有 0 P 1规范性必然事件的概率为1;不可能事件的概率为0。即P()=1;P()=0可加性若A与B互斥,则P(AB)=P(A)+P(B)推广到多个两两互斥事件A1,A2,An,有 P(A1A2 An)=P(A1)+P(A2)+P(An),事件的概率,事件A的概率是对事件A在试验中出现的可能性大小的一种度量表示事件A出现可能性大小
6、的数值事件A的概率表示为P(A)概率的定义有:古典定义、统计定义和主观概率定义,事件的概率,例如,投掷一枚硬币,出现正面和反面的频率,随着投掷次数 n 的增大,出现正面和反面的频率稳定在1/2左右,1.2.2 概率的古典定义,如果某一随机试验的结果有限,而且各个结果在每次试验中出现的可能性相同,则事件A发生的概率为该事件所包含的基本事件个数m与样本空间中所包含的基本事件个数n的比值,记为,1.2.2 概率的古典定义(实例),【例】某钢铁公司所属三个工厂的职工人数如下表。从 该公司中随机抽取1人,问:(1)该职工为男性的概率(2)该职工为炼钢厂职工的概率,1.2.2 概率的古典定义(计算结果),
7、解:(1)用A 表示“抽中的职工为男性”这一事件;A为全公司男职工的集合;基本空间为全公司职工的集合。则,(2)用B 表示“抽中的职工为炼钢厂职工”;B为炼钢厂 全体职工的集合;基本空间为全体职工的集合。则,1.2.2 概率的统计定义,在相同条件下进行n次随机试验,事件A出现 m 次,则比值 m/n 称为事件A发生的频率。随着n的增大,该频率围绕某一常数P上下摆动,且波动的幅度逐渐减小,取向于稳定,这个频率的稳定值即为事件A的概率,记为,1.2.2 概率的统计定义(实例),【例】:某工厂为节约用电,规定每天的用电量指标为1000度。按照上个月的用电记录,30天中有12天的用电量超过规定指标,若
8、第二个月仍没有具体的节电措施,试问该厂第一天用电量超过指标的概率。解:上个月30天的记录可以看作是重复进行了30次试验,试验A表示用电超过指标出现了12次。根据概率的统计定义有,1.2.2 概率的主观定义,对一些无法重复的试验,确定其结果的概率只能根据以往的经验人为确定概率是一个决策者对某事件是否发生,根据个人掌握的信息对该事件发生可能性的判断例如,我认为2012年的中国股市是一个盘整年,概率的主观定义叫主观概率,也叫个人概率。,法则一:加法的特殊定理两个互斥事件之和的概率,等于两个事件概率之和。设A和B为两个互斥事件,则 P(AB)=P(A)+P(B)事件A1,A2,An两两互斥,则有 P(
9、A1A2 An)=P(A1)+P(A2)+P(An)特别的,若事件A与B互斥,并且事件A与B的和组成了整个样本空间,此时,事件A与B互为逆事件。有,个式子还可以写成 或写作:。上式也叫概率的补偿定理。,1.2.3 概率的加法,1.2.3 概率的加法(实例),【例】根据钢铁公司职工的例子,随机抽取一名职工,计算该职工为炼钢厂或轧钢厂职工的概率 解:用A表示“抽中的为炼钢厂职工”这一事件;B表示“抽中的为轧钢厂职工”这一事件。随机抽取一人为炼钢厂或轧钢厂职工的事件为互斥事件A与B 的和,其发生的概率为,1.2.3 概率的加法,法则二:加法的一般定理有的事件并不是互斥的,有可能同时发生,存在交集。要
10、计算两个事件之和的概率,要减去一次交集的概率,否则这部分就包括了两次,重复多算了一次。对任意两个随机事件A和B,它们和的概率为两个事件分别概率的和减去两个事件交的概率,即 P(AB)=P(A)+P(B)-P(AB)对于两个互斥事件而言,有P(AB)=P()=0加法的特殊定理是一般定理的一个特例。,1.2.3 概率的加法(实例),【例】设某地有甲、乙两种报纸,该地成年人中有20%读甲报纸,16%读乙报纸,8%两种报纸都读。问成年人中有百分之几至少读一种报纸。解:设A读甲报纸,B读乙报纸,C至少读一种报纸。则 P(C)=P(AB)=P(A)+P(B)-P(AB)=0.2+0.16-0.08=0.2
11、8,1.2.4 概率的乘法-条件概率,1.条件概率在事件B已经发生的条件下,求事件A发生的概率,称这种概率为事件A的条件概率,记为 若,事件A的条件概率(事件B发生的条件下),与事件A本身的概率相等,意味着事件B的信息对于事件A没有影响,说明这两个事件是独立的。,条件概率的图示,1.2.4 概率的乘法,2.乘法的特殊定理两个独立事件之积(同时发生)的概率,等于两个事件的概率之积。即若事件A与B独立,有 P(AB)=P(A)P(B)推广到n个独立事件,有 P(A1 A2 An)=P(A1)P(A2)P(An),1.2.4 概率的乘法(乘法的特殊定理实例),【例】某工人同时看管三台机床,每单位时间
12、(如30分钟)内机床不需要看管的概率:甲机床为0.9,乙机床为0.8,丙机床为0.85。若机床是自动且独立地工作,求(1)在30分钟内三台机床都不需要看管的概率(2)在30分钟内甲、乙机床不需要看管,且丙机床需要看管的概率 解:设 A1,A2,A3为甲、乙、丙三台机床不需要看管的事件,A3 为丙机床需要看管的事件,依题意有(1)P(A1A2A3)=P(A1)P(A2)P(A3)=0.90.80.85=0.612(2)P(A1A2A3)=P(A1)P(A2)P(A3)=0.90.8(1-0.85)=0.108,1.2.4 概率的乘法,3.乘法的一般定理更多的时候,事件并不是独立的,概率的计算是有
13、条件的。一般意义上,两个事件之积(同时发生)的概率,为:上式也可以写作,求两个以上事件之积(同时发生)的概率与之相似。以三个事件A、B、C为例。事件A、B、C同时发生的概率为:,1.2.4 概率的乘法(实例),【例】设有1000中产品,其中850件是正品,150件是次品,从中依次抽取2件,两件都是次品的概率是多少?解:设 Ai 表示“第 i 次抽到的是次品”(i=1,2),所求概率为P(A1A2),1.2.5 全概公式和贝叶斯公式,1.全概公式设n个事件 两两互斥,并有,说明n个事件两两互斥没有交集,并且组成了整个样本空间,满足这两个条件的事件组称为一个完备事件组。若,则对任意事件B,有:我们
14、把事件 看作是引起事件B发生的所有可能原因,事件B 能且只能在原有 之一发生的条件下发生,求事件B 的概率就是上面的全概公式,全概公式(实例),【例】某车间用甲、乙、丙三台机床进行生产,各种机床的次品率分别为5%、4%、2%,它们各自的产品分别占总产量的25%、35%、40%,将它们的产品组合在一起,求任取一个是次品的概率。解:设 A1表示“产品来自甲台机床”,A2表示“产品来自乙台机床”,A3表示“产品来自丙台机床”,B表示“取到次品”。根据全概公式有,1.2.5 全概公式和贝叶斯公式,2.贝叶斯公式贝叶斯公式与全概率公式要解决的问题正好相反。它是在条件概率的基础上寻找事件发生的原因(或事件
15、是在什么条件下发生的)。贝叶斯公式也称作逆概公式。设n个事件 两两互斥,并有 就是贝叶斯公式(逆概公式),它是基于事件B已发生的结果,推导事件B是在 情况下发生的概率。,1.2.5 全概公式和贝叶斯公式,进一步有:已知事件B发生了,未知(想去知道)的是事件B是在什么情况下发生,这可以通过计算逆概率来做出判断。,贝叶斯公式(实例),【例】某车间用甲、乙、丙三台机床进行生产,各种机床的次品率分别为5%、4%、2%,它们各自的产品分别占总产量的25%、35%、40%,将它们的产品组合在一起,如果取到的一件产品是次品,分别求这一产品是甲、乙、丙生产的概率 解:设 A1表示“产品来自甲台机床”,A2表示
16、“产品来自乙台机床”,A3表示“产品来自丙台机床”,B表示“取到次品”。根据贝叶斯公式有:,1.3 概率分布,概率分布指的是随机变量的概率分布。对离散变量,列出其所有可能的取值以及随机变量取这些值的概率,便构成了离散变量的概率分布。对连续变量,可计算某段(区间)取值的概率(或概率密度),相应地便构成了连续变量的概率分布。,随机变量的概念,一次试验的结果的数值性描述一般用 X、Y、Z 来表示例如:投掷两枚硬币出现正面的数量根据取值情况的不同分为离散型随机变量和连续型随机变量,离散型随机变量,随机变量 X 取有限个值或所有取值都可以逐个列举出来 X1,X2,以确定的概率取这些不同的值离散型随机变量
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