【數學之概率論】本質理解泊松分佈於指數分佈
一、泊松分佈
日常生活中,大量事件是有固定頻率的。
- 某醫院平均每小時出生3個嬰兒
- 某公司平均每10分鐘接到1個電話
- 某超市平均每天銷售4包xx牌奶粉
- 某網站平均每分鐘有2次訪問
它們的特點就是,我們可以預估這些事件的總數,但是沒法知道具體的發生時間。已知平均每小時出生3個嬰兒,請問下一個小時,會出生幾個?
有可能一下子出生6個,也有可能一個都不出生。這是我們沒法知道的。
泊松分佈就是描述某段時間內,事件具體的發生概率。
泊松分佈的概率函式為:泊松分佈的引數λ是單位時間(或單位面積)內隨機事件的平均發生率。 泊松分佈適合於描述單位時間內隨機事件發生的次數。比如一個小時內公交站臺內通過的公交數量。是離散的量泊松分佈期望E(X)上面就是泊松分佈的公式。等號的左邊,P 表示概率,N表示某種函式關係,t 表示時間,n 表示數量,1小時內出生3個嬰兒的概率,就表示為 P(N(1) = 3) 。等號的右邊,λ 表示事件的頻率。
接下來兩個小時,一個嬰兒都不出生的概率是0.25%,基本不可能發生。
接下來一個小時,至少出生兩個嬰兒的概率是80%。
泊松分佈的圖形大概是下面的樣子。
可以看到,在頻率附近,事件的發生概率最高,然後向兩邊對稱下降,即變得越大和越小都不太可能。每小時出生3個嬰兒,這是最可能的結果,出生得越多或越少,就越不可能。
二、指數分佈
指數分佈是事件的時間間隔的概率。下面這些都屬於指數分佈。是連續的
- 嬰兒出生的時間間隔
- 來電的時間間隔
- 奶粉銷售的時間間隔
- 網站訪問的時間間隔
指數分佈分佈函式如下:
期望值:比方說:如果你平均每個小時接到2次電話,那麼你預期等待每一次電話的時間是半個小時。方差:概率函式曲線圖:指數分佈的公式可以從泊松分佈推斷出來。如果下一個嬰兒要間隔時間 t ,就等同於 t 之內沒有任何嬰兒出生。
反過來,事件在時間 t 之內發生的概率,就是1減去上面的值。
接下來15分鐘,會有嬰兒出生的概率是52.76%。
接下來的15分鐘到30分鐘,會有嬰兒出生的概率是24.92%。
指數分佈的圖形大概是下面的樣子。
可以看到,隨著間隔時間變長,事件的發生概率急劇下降,呈指數式衰減。想一想,如果每小時平均出生3個嬰兒,上面已經算過了,下一個嬰兒間隔2小時才出生的概率是0.25%,那麼間隔3小時、間隔4小時的概率,是不是更接近於0?
三、總結
一句話總結:泊松分佈是單位時間內獨立事件發生次數的概率分佈,指數分佈是獨立事件的時間間隔的概率分佈。
請注意是"獨立事件",泊松分佈和指數分佈的前提是,事件之間不能有關聯,否則就不能運用上面的公式。
參考:http://www.ruanyifeng.com/blog/2015/06/poisson-distribution.html
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