概率论与数理统计(V).ppt
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1、概率论与数理统计,概率论是研究随机现象的统计规律的一门学科特点:研究对象的不确定性,第一章 随机事件的概率,样本空间一个随机试验的所有可能结果组成的集合,记为。其中每一个元素,即每次试验结果称为一个样本点。,第一章 随机事件的概率,随机试验E 的样本空间 的子集,称为E的随机事件,或事件,用大写字母A,B,C,表示 由一个样本点组成的单点集称为基本事件。样本空间有两个特殊子集:必然事件,和不可能事件,随机事件,随机试验 E试验结果的多种可能性,事先知道结果的不能预测性,例如E1 抛硬币试验E2 连抛两个硬币E4 进入超市的人数E5 测试电视机寿命E6 观测天气,第一章 随机事件的概率,第一章
2、随机事件的概率,事件间的关系和运算,运算规律,交换律结合律分配律对偶律,第一章 随机事件的概率,第一章 随机事件的概率,例1.设A,B,C是随机事件,则事件“A 与 B 发生,C 不发生”“A,B,C 至少两个发生”“A,B,C 恰好两个发生”“A,B,C 不多于一个事件发生”例2.用集合表示下面随机试验中的样本空间与随机事件A抛骰子试验,A=“出现偶数点”事件射击活动,当击中后便停止开枪。事件 A=“不超过3次的射击次数”某地温度上下限为T0 到T1,一昼夜可能出现的最高最低气温表示为(x,y);事件 A=“一昼夜内该地的温差为 10”,例题,第一章 随机事件的概率,概率 一次试验中事件 A
3、 发生的可能性,成为事件A的概率,记为 P(A)。,概率的计算(1)古典概型:事件A包含的基本事件数/样本空间中的事件数 P(A)=nA/n(2)几何概型:事件A的区域面积/样本空间的区域面积 P(A)=SA/S,第一章 随机事件的概率,概率的性质,P()=1,P()=0,0P(A)12.(有限可加性)若A1,A2,A3两两互不相容 P(A1A2A3)=P(A1)+P(A2)+P(A3)3.若A B,则P(B-A)=P(B)-P(A),P(B)P(A)4.P()=1-P(A)5.(加法公式)对任两个事件 P(AB)=P(A)+P(B)-P(AB),第一章 随机事件的概率,例1.P(A)=0.3
4、,P(AB)=0.6;P(B)=?例2.P(A)=P(B)=0.5,求证 P(AB)=P()例3.袋中 4 只白球,2 只黑球,无放回依次摸 2 只球,试求取到两只球:(1)都是白球的概率;(2)同色球的概率(3)至少一只白球的概率例4.n 个球随机放入 N(N n)个盒子中去,求每个盒子至多有一个球的概率,恰有 n 个盒子中各有一个球的概率例5(Buffen投针问题)平行线距离为 a(a 0),投掷一枚长(L a)的针,求针与平行线相交的概率,例题,1.2.3.,第一章 随机事件的概率,条件概率 A,B两事件,P(A)0,在事件 A 发生的条件下事件 B 发生的概率称为条件概率,记为P(B|
5、A),P(B)P(B|A),由于样本空间不同,一般地 P(B)P(B|A),例如,掷骰子。在掷出偶数点的条件下,掷出2 点的概率,A=掷出 2 点,B=掷出偶数点,,P(A)=1/6,P(A|B)=?,已知事件 B 发生,此时试验所有可能结果构成的集合就是 B,,P(A|B)=1/3.,B 中共有 3 个元素,它们的出现是等可能的,其中只有 1 个在集 A 中。于是,容易看到,P(A)=3/10,,又如,10 件产品中有 7 件正品,3 件次品,7 件正品中有 3 件一等品,4 件二等品。现从这 10 件中任取一件,恰是正品,问:它是一等品的概率。记,B=取到正品,A=取到一等品,,则,计算
6、P(A|B)时,一等品的比例这个前提条件未变,只是加上“事件B已发生”这个新的条件。,这个条件,使我们得以在某个缩小了的范围内来考虑问题.,若事件 B 已发生,则为使 A 也发生,试验结果必须是既在 B 中又在 A 中的样本点,即此点必属于AB.由于我们已经知道 B 已发生,故 B变成了新的样本空间,于是 有(1)。,设 A、B 是两个事件,且 P(B)0,则称(1),2.条件概率的定义,为在事件 B 发生的条件下,事件 A 的发生概率.,3.条件概率的性质(自行验证),例1 掷两颗均匀骰子,已知第一颗掷出 6 点,问“掷出点数之和不小于 10”的概率是多少?,解法1,解法2,解:设A=掷出点
7、数之和不小于10 B=第一颗掷出6点,应用定义,在 B 发生后的缩减样本空间中计算,由条件概率的定义:,即 若P(B)0,则P(AB)=P(B)P(A|B)(2),而 P(AB)=P(BA),二、乘法公式,若已知P(B),P(A|B)时,可以反求P(AB).,将A、B的位置对调,有,故 P(A)0,则 P(AB)=P(A)P(B|A)(3),若 P(A)0,则 P(BA)=P(A)P(B|A),(2)和(3)式都称为乘法公式,利用它们可计算两个事件同时发生的概率,例2 甲、乙两厂共同生产 1000 个零件,其中 300 件是乙厂生产的.而在这 300 个零件中,有 189 个是标准件,现从这1
8、000 个零件中任取一个,求这个零件是乙厂生产的标准件的概率?,所求为P(AB).,甲、乙共生产1000 个,189个是标准件,设 B=零件是乙厂生产,A=是标准件,若改为“发现它是乙厂生产的,问它是标准件的概率是多少?”,求的是 P(A|B).,B 发生,在 P(AB)中作为结果;在 P(A|B)中作为条件.,条件概率 P(A|B)与 P(AB)的区别,条件概率 P(A|B)与 P(A)的区别,每一个随机试验都是在一定条件下进行的,设 A 是随机试验的一个事件,则 P(A)是在该试验条件下事件 A 发生的可能性大小.,P(A)与 P(A|B)的区别在于两者发生的条件不同,它们是两个不同的概念
9、,在数值上一般也不同.,而条件概率 P(A|B)是在原条件下又添加“B 发生”这个条件时A发生的可能性大小,即 P(A|B)仍是概率.,例3 设某种动物由出生算起活到 20 年以上的概率为0.8,活到 25 年以上的概率为 0.4.问现年 20 岁的这种动物,它能活到 25 岁以上的概率是多少?,解 设A=能活20年以上,B=能活25年以上,依题意,P(A)=0.8,P(B)=0.4,所求为 P(B|A).,多个事件的乘法公式,设 A,B,C为三个事件,且 P(AB)0,则,乘法公式应用举例,一个罐子中包含 b 个白球和 r 个红球.随机地抽取一个球,观看颜色后放回罐中,并且再加进 c 个与所
10、抽出的球具有相同颜色的球.这种手续进行四次,试求第一、二次取到白球且第三、四次取到红球的概率.,(波里亚罐子模型),于是 W1W2R3R4 表示事件“连续取四个球,第一、第二个是白球,第三、四个是红球.”,随机取一个球,观看颜色后放回罐中,并且再加进 c 个与所抽出的球具有相同颜色的球.,解 设 Wi=第i次取出是白球,i=1,2,3,4,Rj=第j次取出是红球,j=1,2,3,4,用乘法公式容易求出,当 c 0 时,由于每次取出球后会增加下一次也取到同色球的概率.这是一个传染病模型.每次发现一个传染病患者,都会增加再传染的概率.,=P(W1)P(W2|W1)P(R3|W1W2)P(R4|W1
11、W2R3),P(W1W2R3R4),一场精彩的足球赛将要举行,5个球迷好不容易才搞到一张入场券。大家都想去,只好用抽签的方法来解决。,5 张同样的卡片,只有一张上写有“入场券”,其余的什么也没写.将它们放在一起,洗匀,让 5 个人依次抽取.,后抽比先抽的确实吃亏吗?,到底谁说的对呢?让我们用概率论的知识来计算一下,每个人抽到“入场券”的概率到底有多大?,“大家不必争先恐后,你们一个一个按次序来,谁抽到入场券的机会都一样大.”,我们用Ai表示“第i个人抽到入场券”i1,2,3,4,5.,显然,P(A1)=1/5,P()4/5,第1个人抽到入场券的概率是1/5.,则 表示“第i个人未抽到入场券”,
12、因为第 2 个人抽到入场券,第 1 个人肯定没抽到.,也就是要想第2个人抽到入场券,必须第1个人未抽到,计算得:,由于,由乘法公式,P(A2)=(4/5)(1/4)=1/5,这就是有关抽签顺序问题的正确解答.,同理,第 3 个人要抽到“入场券”,必须第 1、第 2 个人都没有抽到。因此,继续做下去就会发现,每个人抽到“入场券”的概率都是1/5.,抽签不必争先恐后.,也就是说,,P(A3)=(4/5)(3/4)(1/3)=1/5,例4 设袋中有 5 个红球,3 个黑球,2 个白球,试按(1)有放回抽样;(2)不放回抽样两种方式摸球三次每次摸得一球,求第三次才摸得白球的概率。,解:设 A=第一次未
13、摸得白球;B=第二次未摸得白球;C=第三次未摸得白球;则,事件“第三次才摸得白球”可表为 ABC。,(1)有放回抽样,(2)不放回抽样,例6 设某光学仪器厂制造的透镜,第一次落下打破的概率为 0.5,若第一次落下未打破,第二次落下打破的概率是 0.7,若前两次均未打破,第三次落下打破的概率为 0.9。试求透镜落下三次未打破的概率。,解:设 Ai=透镜第 i 次落下打破,i=1,2,3,B=透镜落下三次未打破,则,另解:,第一章 随机事件的概率,例2100 件产品中,有 5 件废品。不放回抽样检查,若抽查 5 件至少有一件废品,则拒购这批产品,求拒购概率。,例1.10个球,3 黑 7 白,不放回
14、连取两球:若第一次是黑球,第二次仍是黑球的概率;若第二次是黑球,第一次也是黑球的概率。,第一章 随机事件的概率,例题,第一车间的次品率为 0.15,第二车间的次品率为 0.12。两车间的产品分别有 2000 件和 3000 件,混放在仓库里,问:在仓库里随机取一件成品,其次品率是多少?若取到一件次品,由一车间生产的概率是多少?,从仓库里随机取一件成品:设事件 A1,A2 分别为一、二车间生产的产品;事件 B 为该产品是次品。第一车间的产品占 P(A1)=0.15,次品率 P(B|A1)=0.4,第二车间的产品占 P(A2)=0.12,次品率 P(B|A2)=0.6.第一问求 P(B),第二问求
15、 P(A1|B).,第一章 随机事件的概率,全概率公式,设事件 A1,A2 互不相容,P(A1)0,P(A2)0,且 B A1A2,则对事件 B 有:P(B)=P(A1)P(B|A1)+P(A2)P(B|A2),P(B)=P(BA1)+P(BA2)=P(A1)P(B|A1)+P(A2)P(B|A2),仅仅使用加法法则或乘法法则无法计算其概率.于是先将复杂的事件 B 分解为较简单的事件 AB 与AB;再将加法法则与乘法法则结合起来,计算出需要求的概率.把这个想法一般化,得到全概率定理,又称全概率公式.,全概率定理的图形理解,如图所示,事件B的面积为B与各个事件Ai相交的面积之和.,全概率定理解题
16、的思路,用全概率定理来解题的思路,从试验的角度考虑问题,一定是将试验分为两步做,将第一步试验的各个结果划分为一些完备事件组(互不相容,又不遗漏)A1,A2,An 然后在这每一事件下计算或给出某个事件B发生的条件概率;最后用全概率公式综合。全概率的精神在于把复合事件分解为简单事件。,例 有 12 个乒乓球都是新球,每次比赛时取出 3 个用完后放回,求第3 次比赛时取到的 3 个球都是新球的概率。,因为一开始都是新球,因此第一次只能取到 3 个新球,当第二次取球的时候,12 个乒乓球中必然有 3 个旧球。假设 B0,B1,B2,B3 为第二次取到 0 个,1 个,2 个 3 个新球,而 B0,B1
17、,B2,B3 构成完备事件组,并能够求出它们的概率。再假设 C3 为第三次取到 3 个新球的事件,则针对 C3 使用全概率公式。,解:,第一章 随机事件的概率,贝叶斯公式,设事件 A1,A2 互不相容,P(A1)0,P(A2)0,且B A1A2,则有,(逆概率公式),_,P(A1)P(B|A1)+P(A2)P(B|A2),P(A1)P(B|A1),后验概率,先验概率,P(A1|B)=,贝叶斯定理解题的题型与全概率定理的题型完全一样,只是要求的是一个条件概率,是在信息论中的重要公式,即在二次试验后,观察者只能看到最后的结果事件 B,却要根据 B来推断第一步试验的哪个事件发生了的条件概率,贝叶斯定
18、理解题的思路,第一章 随机事件的概率,例题 诊断肝癌问题 已知肝癌患者0.95能被诊断出来,非肝癌患者0.98会被排除有病,而肝癌患者约占0.004。问:诊断出患有肝癌的人中确有肝癌的概率是多少?,设 C=“的确患有肝癌”,A=“诊断有肝癌”。则 P(A|C)=0.95,P(A|C)=0.98,P(C)=0.004P(A)=P(A|C)*P(C)+P(A|C)*P(C)=0.95*0.004+0.02*0.996=0.02372P(C|A)=P(A|C)P(C)/P(A)=0.95*0.004/0.02372=0.16,在使用全概率公式和贝叶斯公式的题型中,关键的一步是要使用一完备事件组,而最
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