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概率論---泊松分佈

(一)泊松分佈是什麼

泊松分佈是用於近似二項分佈的情況的。二項分佈有兩個引數,一個是事件發生的概率p,一個是試驗的總數n。當p非常小且n也有一定大的時候(n大於等於20,p小於等於0.05),就可以用泊松分佈來近似二項分佈,用泊松分佈來近似二項分佈的好處是計算方便。

(二)泊松分佈公式以及通俗地推導過程

泊松分佈公式:

P(X=k)=\frac{\lambda ^{k}e^{-\lambda }}{k!}

通俗推導:

假設某一零件廠每天生成的次品數如下:

週一 週二 週三 週四 週五
3 7 4 6 5

均值為:

假設我們把每天工廠生產時間設為T:

再把T分為n=4份,並把週一生產出的三個次品放進去:

此時工廠在每個時間段生成次品的概率就如同拋硬幣,要麼出現,要麼不出現,這樣子工廠生產次品的概率符合二項分佈:

\binom{4}{3}p^{^{3}}(1-p)^{^{1}}

但當把資料換成週二的7個次品呢?

則出現每個時間段多餘一個次品的情況,這樣的話就不符合二項分佈了。要使其符合二項分佈,就必須使n變大,現在讓我們把n=8:

這樣子又能符合二項分佈了:

\binom{8}{7}p^{7}(1-p)^{^{1}}

即只要不出現一個時間段內出現兩個次品的情況,就能用二項分佈解決。

為了達成一個時間段內不出現兩個次品的條件,我們乾脆把n趨向於無窮,因為n越大,T分成的時間段就越多:

更抽象一點,T時間裡出現k個次品的概率為:(式子1)

上式中,n趨於無窮,k是可以確定的,那麼p應該怎麼求呢?

上面的式子1,已經符合二項分佈的,而二項分佈的期望為:

因此:

----(式子2)

有了式子2後,式子1可以變成:

計算這個極限:

因為當n \to \infty時:

所以:

最後把\mu =\lambda,得到泊松分佈的概率密度函式的公式:

畫出概率密度函式:

當k=8時,綠色部分加起來為0.93,即每天生產次品不超過8個的概率為0.93

(三)總結:

當p十分小且n也比較大的時候可以推薦用泊松分佈(n大於等於20,p小於等於0.05)。

(四)例題分析計算

計算機硬體公司製造某晶片,次品率為0.1%,各晶片稱為次品相互獨立,求在1000個產品中至少有2只次品的概率,以X記產品中的次品數。

解:

用二項分佈:

P\left \{ X\geq 2 \right \}=1-P\left \{ X=0 \right \}-P\left \{ X=1 \right \} =1-(0.999)^{^{1000}}-\binom{1000}{1}(0.999)^{999}(0.001)\approx 0.2642411

用泊松分佈計算:

由提:\lambda =1000\times 0.001=1,代入泊松分佈的式子:

P\left \{ X\geq 2 \right \}=1-P\left \{ X=0 \right \}-P\left \{ X=1 \right \}=1-e^{-1}-e^{^{-1}}\approx 0.2642411

顯然用泊松分佈計算方便一點。