Domů » Matematika » Statistika » Rozdělení pravděpodobnosti

Rozdělení pravděpodobnosti

Rozdělení je informace, ze které jednoznačně vyplývá distribuční funkce náhodné proměnné. Rozdělení a související matematické nástroje se používají při vytváření pravděpodobnostních modelů a v matematické statistice.

Diskrétní rozdělení

Diracovo rozdělení

Jediný možný výsledek náhodného pokusu je reálné číslo r. Všechna diskrétní rozdělení jsou směsi Diracových rozdělení.

€€ \begin{align*} p_X(r) &= 1 \\ r &\in \mathbb{R} \\ E\mathrm{X} &= r \\ D\mathrm{X} &= 0 \\ \end{align*} €€
Rovnoměrné rozdělení

Náhodný pokus má m možných výsledků, které jsou všechny stejně pravděpodobné.

€€ \begin{align*} p_X(k) &= \frac{1}{m} \\ k &\in \langle 1 \ldots m \rangle \\ E\mathrm{X} &= \frac{m+1}{2} \\ D\mathrm{X} &= \frac{1}{12}(m+1)(m-1) \\ \end{align*} €€
Alternativní (Bernoulliovo) rozdělení

Náhodný pokus má jen dva možné výsledky: neúspěch (0) a úspěch (1). Pravděpodobnost úspěchu je p. Pokud se pokus opakuje, jde o rozdělení binomické (viz níže).

€€ \begin{align*} p_X(0) &= 1-p \;\; p_X(1) = p \\ E\mathrm{X} &= p \\ D\mathrm{X} &= p \cdot (1-p) \\ \end{align*} €€
Binomické rozdělení

Řada náhodných pokusů délky m. Každý pokus má dva možné výsledky: neúspěch (0) a úspěch (1). Ve všech pokusech je pravděpodobnost úspěchu p konstantní. Binomické rozdělení je rozdělení náhodné veličiny, která je definována jako počet úspěšných pokusů.

€€ \begin{align*} p_X(k) &= \binom{m}{k} p^k (1-p)^{m-k} \\ k &\in \langle 0 \ldots m \rangle \\ E\mathrm{X} &= m \cdot p \\ D\mathrm{X} &= m \cdot p \cdot (1-p) \\ \end{align*} €€
Poissonovo rozdělení

Poissonovo rozdělení je limitní případ binomického rozdělení, ve kterém se počet pokusů m blíží k nekonečnu a parametr p (pravděpodobnost úspěchu jednoho pokusu) se blíží k nule. Střední hodnota se zde označuje jako lambda.

€€ \begin{align*} p_X(k) &= \frac{\lambda^k}{k!} \cdot e^{-\lambda} \\ k &\in \langle 0 \ldots \infty ) \\ E\mathrm{X} &= \lambda \\ D\mathrm{X} &= \lambda \\ \end{align*} €€
Geometrické rozdělení

Řada náhodných pokusů délky m. Každý pokus má dva možné výsledky: neúspěch (0) a úspěch (1). Ve všech pokusech je pravděpodobnost úspěchu p konstantní. Geometrické rozdělení je rozdělení náhodné veličiny, která je definována jako počet neúspěšných pokusů do prvního úspěchu.

€€ \begin{align*} p_X(k) &= p^k \cdot (1-p) \\ k &\in \langle 0 \ldots \infty ) \\ E\mathrm{X} &= \frac{p}{1-p} \\ D\mathrm{X} &= \frac{p}{(1-p)^2} \\ \end{align*} €€
Hypergeometrické rozdělení

Řada náhodných pokusů délky m, ve které je výsledek následujícího pokusu závislý na pokusu předcházejícím. Nechť je zadaná libovolná množina mohutnosti M obsahující právě K prvků s nějakou vlastností. Hypergeometrické rozdělení je rozdělení náhodné veličiny, která je definována jako počet prvků s danou vlastností z náhodně vybrané podmnožiny mohutnosti m.

€€ \begin{align*} p_X(k) &= \frac{\binom{K}{k} \cdot \binom{M-K}{m-k}}{\binom{M}{m}} \\ k &\in \langle 0 \ldots m \rangle \\ E\mathrm{X} &= \frac{m \cdot K}{M} \\ D\mathrm{X} &= \frac{m \cdot K \cdot (M-K) \cdot (M-m)}{M^2 \cdot (M-1)} \\ \end{align*} €€

Spojitá rozdělení

Rovnoměrné rozdělení

Rovnoměrné spojité rozdělení má ve všech bodech daného intervalu konstantí hustotu pravděpodobnosti.

€€ \begin{align*} f(x) &= \begin{cases} \frac{1}{b-a} & x = (a,b) \\ 0 & x \notin (a,b) \end{cases} \\ E\mathrm{X} &= \frac{a+b}{2} \\ D\mathrm{X} &= \frac{(b-a)^2}{12} \\ \end{align*} €€
Normální (Gaussovo) rozdělení

Normální rozdělení pravděpodobnosti za určitých podmínek dobře aproximuje jiná rozdělení a proto je velmi užitečné se s ním seznámit.

Normované
€€ f_{N(0,1)} (t) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} \exp{(\frac{-t^2}{2})} €€
Obecné
€€ f_{N(\mu,\sigma^2)} (t) = \frac{1}{\sigma \cdot \sqrt{2\pi}} \exp{(\frac{-(t-\mu)^2}{2 \cdot \sigma^2})} €€
Logaritmicko-normální
€€ \begin{align*} f(x) &= \frac{1}{x \sigma \sqrt{2 \pi}}\, e^{-\frac{(\ln x - \mu)^2}{2\sigma^2}} \\ E\mathrm{X} &= e^{\mu + \tfrac{1}{2}\sigma^2} \\ D\mathrm{X} &= (e^{\sigma^2} - 1) e^{2\mu + \sigma^2} \\ \end{align*} €€
Exponenciální
€€ \begin{align*} f(x) =& \begin{cases} \lambda e^{-\lambda x} & x \ge 0 \\ 0 & x < 0 \end{cases} \\ E\mathrm{X} &= \frac{1}{\lambda} \\ D\mathrm{X} &= \frac{1}{\lambda^2} \\ \end{align*} €€
Rozdělení chí-kvadrát

TODO

Studentovo rozdělení

TODO

Reference

  • předmět X01MVT na FEL ČVUT
  • M. Navara: Pravděpodobnost a matematická statistika
  • V. Rogalewicz: Pravděpodobnost a statistika pro inženýry