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文章目錄
- 二元分布
- 滿足要求
- 邊際分布
- 條件概率
- 例子1
- 例子2
- 損失函數
- 概率分布
- 期望值
- 例
- 參考文獻
二元分布
滿足要求
連續(xù)情況下, φ ( x , y ) \varphi (x,y) φ(x,y)為隨機變量 X 、 Y X、Y X、Y的聯合概率分布(二元分布),如果以下條件滿足:
1 、 ? X 和 Y 值有 0 ≤ φ ( x , y ) ≤ 1 2 、離散型: ∑ y ∑ x φ ( x , y ) = 1 連續(xù)型 : ∫ ? ∞ + ∞ ∫ ? ∞ + ∞ φ ( x , y ) d x d y = 1 1、\forall X和Y值有 0 \le \varphi(x,y) \le 1 \\2、離散型:\sum_y\sum_x \varphi(x,y)=1 \\ 連續(xù)型:\textstyle\intop_{-\infty}^{+\infty}\textstyle\intop_{-\infty}^{+\infty}\varphi(x,y)dxdy=1 1、?X和Y值有0≤φ(x,y)≤12、離散型:y∑?x∑?φ(x,y)=1連續(xù)型:∫?∞+∞?∫?∞+∞?φ(x,y)dxdy=1
邊際分布
- φ ( x , y ) \varphi (x,y) φ(x,y)為隨機變量 X 、 Y X、Y X、Y的聯合概率分布
離散型: X 邊際概率密度: φ X ( x ) = P ( X = x ) = ∑ y P ( X = x , Y = y ) = ∑ y φ ( x , y ) Y 邊際概率密度: φ Y ( y ) = P ( Y = y ) = ∑ x P ( X = x , Y = y ) = ∑ x φ ( x , y ) 連續(xù)型: X 邊際概率密度: φ X ( x ) = ∫ φ ( x , y ) d y Y 邊際概率密度: φ Y ( y ) = ∫ φ ( x , y ) d x \begin{aligned} & 離散型:\\ & X邊際概率密度:\varphi_X(x)=P(X=x)=\sum_yP(X=x,Y=y)=\sum_y\varphi (x,y)\\ & Y邊際概率密度:\varphi_Y(y)=P(Y=y)=\sum_xP(X=x,Y=y)=\sum_x\varphi (x,y)\\ & 連續(xù)型:\\ & X邊際概率密度:\varphi_X(x)=\intop\varphi(x,y)dy\\ & Y邊際概率密度:\varphi_Y(y)=\intop\varphi(x,y)dx\\ \end{aligned} ?離散型:X邊際概率密度:φX?(x)=P(X=x)=y∑?P(X=x,Y=y)=y∑?φ(x,y)Y邊際概率密度:φY?(y)=P(Y=y)=x∑?P(X=x,Y=y)=x∑?φ(x,y)連續(xù)型:X邊際概率密度:φX?(x)=∫φ(x,y)dyY邊際概率密度:φY?(y)=∫φ(x,y)dx?
條件概率
P ( A ∣ B ) = P ( A ? B ) P ( B ) P(A|B)=\frac {P(A\bigcap B)}{P(B)} P(A∣B)=P(B)P(A?B)?
例子1
設 : P ( 0 , 0 ) = 0.27 , P ( 0 , 1 ) = 0.19 , P ( 0 , 2 ) = 0.24 P ( 1 , 0 ) = 0.1 , P ( 1 , 1 ) = 0.03 , P ( 1 , 2 ) = 0.17 φ ( x , y ) = P ( X = x , Y = y ) 1 、 0 ≤ φ ( x , y ) ≤ 1 2 、 ∑ x ∑ y φ ( x , y ) = 0.27 + 0.19 + 024 + 0.1 + 0.03 + 0.17 = 1 符合離散型二元分布的要求。 一、求 φ X ( 1 ) = P ( X = 1 ) = ? ,此為條件概率分布 P ( X = 1 ) = P ( Y ∣ X = 1 ) = P ( Y ∣ 1 ) = P ( X ? Y ) P ( X ) = P ( 1 , Y ) P ( 1 ) = P ( 1 , Y ) P ( 1 , 0 ) + P ( 1 , 1 ) + P ( 1 , 2 ) = P ( 1 , Y ) 0.1 + 0.03 + 0.17 = P ( 1 , Y ) 0.3 P ( Y = 2 , X = 1 ) = P ( Y = 2 ∣ 1 ) = P ( 2 ∣ 1 ) = P ( 1 , 2 ) 0.3 = 0.17 0.3 = 0.56 二、邊際概率分布 Y 邊際概率密度: φ Y ( 2 ) = P ( Y = y ) = P ( Y = 2 ) = ∑ x P ( X = x , Y = 2 ) = ∑ x P ( x , 2 ) = 0.24 + 0.17 = 0.41 設: \\P(0,0)=0.27,P(0,1)=0.19,P(0,2)=0.24 \\P(1,0)=0.1,P(1,1)=0.03,P(1,2)=0.17 \\\varphi (x,y)=P(X=x,Y=y) \\1、0\le \varphi (x,y) \le 1 \\2、\sum_x\sum_y\varphi (x,y)=0.27+0.19+024+0.1+0.03+0.17=1 \\符合離散型二元分布的要求。 \\一、求\varphi_X(1)=P(X=1)=? ,此為條件概率分布 \\P(X=1)=P(Y|X=1)=P(Y|1)=\frac {P(X\bigcap Y)} {P(X)}=\frac {P(1,Y)} {P(1)}=\frac {P(1,Y)} {P(1,0)+P(1,1)+P(1,2)} \\=\frac {P(1,Y)} {0.1+0.03+0.17}=\frac {P(1,Y)} {0.3} \\P(Y=2,X=1)=P(Y=2|1)=P(2|1)=\frac {P(1,2)} {0.3}=\frac {0.17} {0.3}=0.56 \\二、邊際概率分布 \\Y邊際概率密度:\varphi_Y(2)=P(Y=y)=P(Y=2) \\=\sum_xP(X=x,Y=2)=\sum_xP(x,2)\\=0.24+0.17=0.41 設:P(0,0)=0.27,P(0,1)=0.19,P(0,2)=0.24P(1,0)=0.1,P(1,1)=0.03,P(1,2)=0.17φ(x,y)=P(X=x,Y=y)1、0≤φ(x,y)≤12、x∑?y∑?φ(x,y)=0.27+0.19+024+0.1+0.03+0.17=1符合離散型二元分布的要求。一、求φX?(1)=P(X=1)=?,此為條件概率分布P(X=1)=P(Y∣X=1)=P(Y∣1)=P(X)P(X?Y)?=P(1)P(1,Y)?=P(1,0)+P(1,1)+P(1,2)P(1,Y)?=0.1+0.03+0.17P(1,Y)?=0.3P(1,Y)?P(Y=2,X=1)=P(Y=2∣1)=P(2∣1)=0.3P(1,2)?=0.30.17?=0.56二、邊際概率分布Y邊際概率密度:φY?(2)=P(Y=y)=P(Y=2)=x∑?P(X=x,Y=2)=x∑?P(x,2)=0.24+0.17=0.41
例子2
對于 φ ( x , y ) = P ( a x ≤ X ≤ b x , a y ≤ Y ≤ b y ) = ∫ a x b x ∫ a y b y φ ( x , y ) d x d y 1 、 ? X 和 Y 值有 0 ≤ φ ( x , y ) ≤ 1 2 、連續(xù)型 : ∫ ? ∞ + ∞ ∫ ? ∞ + ∞ φ ( x , y ) d x d y = 1 符合連續(xù)型二元分布的要求。 設 : a x = 0 , b x = 1 , a y = 0 , b y = 1 φ ( x , y ) = { 3 x + 5 y 2 if? 0 ≤ X ≤ 1 , 0 ≤ Y ≤ 1 0 if? e l s e 一、求邊際概率分布 φ X ( x ) = ? φ X ( x ) = ∫ φ ( x , y ) d y = ∫ 0 1 φ ( x , y ) d y = ∫ 0 1 ( 3 x + 5 y 2 ) d y = 3 x + 5 ∫ 0 1 y 2 d y = 3 x + 5 3 y 3 ∣ 0 1 = 3 x + 5 3 φ Y ( y ) = ? φ Y ( y ) = ∫ φ ( x , y ) d x = ∫ 0 1 φ ( x , y ) d x = ∫ 0 1 ( 3 x + 5 y 2 ) d x = 3 2 x 2 ∣ 0 1 + 5 y 2 = 3 2 + 5 y 2 給定任意 y 值: φ Y ( 0.5 ) = 3 2 + 5 ? 0. 5 2 φ Y ( ? 1 ) = 0 二、求條件概率分布 φ X ∣ Y ( x ∣ y ) = P ( X = x , Y = y ) P ( Y = y ) = φ X , Y ( x , y ) φ Y ( y ) φ Y ∣ X ( y ∣ x ) = P ( Y = y , X = x ) P ( X = x ) = φ X , Y ( x , y ) φ X ( x ) φ X ∣ Y ( x ∣ y ) = φ X , Y ( x , y ) φ Y ( y ) = 3 x + 5 y 2 3 2 + 5 y 2 φ Y ∣ X ( y ∣ x ) = φ X , Y ( x , y ) φ X ( x ) = 3 x + 5 y 2 3 x + 5 3 設 y = 0.7 , x ≤ 1 3 φ X ∣ Y ( X ≤ 1 3 , Y = 0.7 ) = P ( X ≤ 1 3 , X = 0.7 ) = ∫ 0 1 3 φ X ∣ Y ( x ∣ 0.7 ) d x = ∫ 0 1 3 3 x + 5 ? ( 0.7 ) 2 3 2 + 5 ? ( 0.7 ) 2 d x = . . . . . 設 x = 0.7 , y ≤ 1 3 φ Y ∣ X ( Y ≤ 1 3 , X = 0.7 ) = P ( X ≤ 1 3 , X = 0.7 ) = ∫ 0 1 3 φ Y ∣ X ( y ∣ 0.7 ) d x = ∫ 0 1 3 3 ? 0.7 + 5 y 2 3 ? 0.7 + 5 3 d y = . . . 對于\\\varphi (x,y)=P(a_x\le X\le b_x,a_y \le Y \le b_y)=\textstyle\intop_{a_x}^{b_x}\intop_{a_y}^{b_y}\varphi(x,y)dxdy \\1、\forall X和Y值有 0 \le \varphi(x,y) \le 1 \\2、連續(xù)型:\textstyle\intop_{-\infty}^{+\infty}\textstyle\intop_{-\infty}^{+\infty}\varphi(x,y)dxdy=1 \\符合連續(xù)型二元分布的要求。 \\設:a_x=0,b_x=1,a_y=0,b_y=1 \\\varphi(x,y)=\begin{cases} 3x+5y^2 &\text{if } 0 \le X \le 1,0 \le Y\le 1 \\ 0 &\text{if } else \end{cases} \\一、求邊際概率分布 \\\varphi_X(x)=? \\\varphi_X(x)=\intop\varphi(x,y)dy\\ \\=\intop_{0}^{1}\varphi(x,y)dy=\intop_{0}^{1}(3x+5y^2)dy=3x+5\intop_{0}^{1}y^2dy=3x+\frac 5 3 {y^3}|_{0}^{1}=3x+\frac 5 3 \\\varphi_Y(y)=? \\\varphi_Y(y)=\intop\varphi(x,y)dx\\ \\=\intop_{0}^{1}\varphi(x,y)dx=\intop_{0}^{1}(3x+5y^2)dx=\frac 3 2 x^2|_0^1+5y^2=\frac 3 2+5y^2 \\給定任意y值: \\\varphi_Y(0.5)=\frac 3 2+5*0.5^2 \\\varphi_Y(-1)=0 \\二、求條件概率分布\\ \begin{aligned} & \varphi_{X|Y}(x|y)=\frac {P(X=x,Y=y)} {P(Y=y)}=\frac {\varphi_{X,Y}(x,y)}{\varphi_Y(y)} \\ &\varphi_{Y|X}(y|x)=\frac {P(Y=y,X=x)} {P(X=x)}=\frac {\varphi_{X,Y}(x,y)}{\varphi_X(x)}\\ \end{aligned} \\ \varphi_{X|Y}(x|y)=\frac {\varphi_{X,Y}(x,y)}{\varphi_Y(y)} =\frac {3x+5y^2} {\frac 3 2+5y^2} \\ \varphi_{Y|X}(y|x)=\frac {\varphi_{X,Y}(x,y)}{\varphi_X(x)} =\frac {3x+5y^2} {3x+\frac 5 3} \\設y=0.7,x \le \frac 1 3 \\\varphi_{X|Y}(X \le \frac 1 3,Y=0.7)=P(X \le \frac 1 3,X=0.7)=\intop_0^{\frac 1 3}\varphi_{X|Y}(x|0.7)dx=\intop_0^{\frac 1 3}\frac {3x+5*(0.7)^2} {\frac 3 2+5*(0.7)^2}dx=..... \\設x=0.7,y \le \frac 1 3 \\\varphi_{Y|X}(Y \le \frac 1 3,X=0.7)=P(X \le \frac 1 3,X=0.7)=\intop_0^{\frac 1 3}\varphi_{Y|X}(y|0.7)dx=\intop_0^{\frac 1 3}\frac {3*0.7+5y^2} {3*0.7+\frac 5 3}dy=... 對于φ(x,y)=P(ax?≤X≤bx?,ay?≤Y≤by?)=∫ax?bx??∫ay?by??φ(x,y)dxdy1、?X和Y值有0≤φ(x,y)≤12、連續(xù)型:∫?∞+∞?∫?∞+∞?φ(x,y)dxdy=1符合連續(xù)型二元分布的要求。設:ax?=0,bx?=1,ay?=0,by?=1φ(x,y)={3x+5y20?if?0≤X≤1,0≤Y≤1if?else?一、求邊際概率分布φX?(x)=?φX?(x)=∫φ(x,y)dy=∫01?φ(x,y)dy=∫01?(3x+5y2)dy=3x+5∫01?y2dy=3x+35?y3∣01?=3x+35?φY?(y)=?φY?(y)=∫φ(x,y)dx=∫01?φ(x,y)dx=∫01?(3x+5y2)dx=23?x2∣01?+5y2=23?+5y2給定任意y值:φY?(0.5)=23?+5?0.52φY?(?1)=0二、求條件概率分布?φX∣Y?(x∣y)=P(Y=y)P(X=x,Y=y)?=φY?(y)φX,Y?(x,y)?φY∣X?(y∣x)=P(X=x)P(Y=y,X=x)?=φX?(x)φX,Y?(x,y)??φX∣Y?(x∣y)=φY?(y)φX,Y?(x,y)?=23?+5y23x+5y2?φY∣X?(y∣x)=φX?(x)φX,Y?(x,y)?=3x+35?3x+5y2?設y=0.7,x≤31?φX∣Y?(X≤31?,Y=0.7)=P(X≤31?,X=0.7)=∫031??φX∣Y?(x∣0.7)dx=∫031??23?+5?(0.7)23x+5?(0.7)2?dx=.....設x=0.7,y≤31?φY∣X?(Y≤31?,X=0.7)=P(X≤31?,X=0.7)=∫031??φY∣X?(y∣0.7)dx=∫031??3?0.7+35?3?0.7+5y2?dy=...
損失函數
L ( c 1 , a 1 ) 為損失函數 其中, a 1 為事件, c 1 為自然狀態(tài)的真值。 ( c 1 , a 1 ) ∈ C ? A c 為參數,屬于參數空間 C a 為行為(事件),屬于所有可能的事件集合 A L(c_1,a_1)為損失函數 \\其中,a_1為事件,c_1為自然狀態(tài)的真值。 \\(c_1,a_1) \in C*A \\c為參數,屬于參數空間C \\a為行為(事件),屬于所有可能的事件集合A L(c1?,a1?)為損失函數其中,a1?為事件,c1?為自然狀態(tài)的真值。(c1?,a1?)∈C?Ac為參數,屬于參數空間Ca為行為(事件),屬于所有可能的事件集合A
概率分布
- 調查結果為隨機變量 X = ( x 1 , x 2 , . . . , x n ) X=(x_1,x_2,...,x_n) X=(x1?,x2?,...,xn?), x i x_i xi?為同一分布的獨立觀測值,發(fā)生的自然狀態(tài)是 c c c(可理解為給定條件), P c ( A ) P_c(A) Pc?(A)為事件A在自然狀態(tài)c發(fā)生時出現的概率, φ \varphi φ為概率函數,即隨機事件到其發(fā)生概率的映射。
- Φ 為樣本空間集合,其元素為某隨機變量 X ( X ∈ Φ ) , X 包括很多事件 x 1 , x 2 . . . . , x n \Phi為樣本空間集合,其元素為某隨機變量X(X \in \Phi),X包括很多事件x_1,x_2....,x_n Φ為樣本空間集合,其元素為某隨機變量X(X∈Φ),X包括很多事件x1?,x2?....,xn?
- 連續(xù)
P c ( A ) = ∫ A φ ( x ∣ c ) d x P_c(A)=\intop_A\varphi(x|c)dx Pc?(A)=A∫?φ(x∣c)dx
-離散
P c ( A ) = ∑ x ∈ A φ ( x ∣ c ) P_c(A)=\sum_{x \in A}\varphi(x|c) Pc?(A)=x∈A∑?φ(x∣c)
期望值
μ ( x ) 為對 X 的數學期望,給定條件 c 值。 E c [ μ ( x ) ] = ∫ Φ μ ( x ) φ ( x ∣ c ) d x = ∑ x ∈ Φ μ ( x ) φ ( x ∣ c ) \mu(x)為對X的數學期望,給定條件c值。 \\E_c[\mu(x)]=\int_\Phi\mu(x)\varphi(x|c)dx \\=\sum_{x \in \Phi}\mu(x)\varphi(x|c) μ(x)為對X的數學期望,給定條件c值。Ec?[μ(x)]=∫Φ?μ(x)φ(x∣c)dx=x∈Φ∑?μ(x)φ(x∣c)
例
1、設一個產品所需要的某原材料可用兩種材料之一,這兩種材料分別被A方和B方提供。
產品選擇原材料導致產品使用壽命損失函數為:
L ( c , a 1 ) = ∣ 5 c 2 + 7 c ∣ L ( c , a 2 ) = ∣ 2 c + 8 c 2 ∣ 其中, a 2 表示產品所需原材料被 B 方提供, a 1 表示產品所需要原材料被 A 方提供, c 表示該材料的強度耐受度。 L(c,a_1)=|5c^2+7c| \\L(c,a_2)=|2c+8c^2| \\其中,a_2表示產品所需原材料被B方提供,a_1表示產品所需要原材料被A方提供,c表示該材料的強度耐受度。 \\ \\ L(c,a1?)=∣5c2+7c∣L(c,a2?)=∣2c+8c2∣其中,a2?表示產品所需原材料被B方提供,a1?表示產品所需要原材料被A方提供,c表示該材料的強度耐受度。
2、將二百萬人民幣投資某項目,或存入基金,其損失函數(單位:萬元,負數表示收益)為:
設 a 1 表示投資某項目, a 2 表示存入基金, c 1 表示取得預期收益, c 2 表示沒有取得預期收益。 L ( a 1 , c 1 ) = ? 9 L ( a 1 , c 2 ) = 7 L ( a 2 , c 1 ) = ? 28 L ( a 2 , c 2 ) = 50 設a_1表示投資某項目,a_2表示存入基金,c_1表示取得預期收益,c_2表示沒有取得預期收益。 \\L(a_1,c_1)=-9 \\L(a_1,c_2)=7 \\L(a_2,c_1)=-28 \\L(a_2,c_2)=50 設a1?表示投資某項目,a2?表示存入基金,c1?表示取得預期收益,c2?表示沒有取得預期收益。L(a1?,c1?)=?9L(a1?,c2?)=7L(a2?,c1?)=?28L(a2?,c2?)=50
損失矩陣如下:
a-c | c1 | c2 |
---|---|---|
a1 | -9 | 7 |
a2 | -28 | 50 |
參考文獻
1、《統(tǒng)計決策理論與貝葉斯分析》
2. 《統(tǒng)計學(原書第五版)》