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文档简介

1、第一章随机事件和概率(1)排列组合公式从m个人中挑出n个人进行排列的可能数。从m个人中挑出n个人进行组合的可能数。(2)加法和乘法原理加法原理(两种方法均能完成此事):m+n某件事由两种方法来完成,第 种方法可由m种方法完成,第 一种方法可由n种方法来完成,则这件事可由 m+n种方法来 完成。乘法原理(两个步骤分别不能完成这件事):mxn某件事由两个步骤来完成,第一个步骤可由m种方法完成,第 一个步骤可由n种方法来完成,则这件事可由mix n种方法来 完成。(3) 些常见排列重复排列和非重复排列(有序)对立事件(至少有一个)顺序问题(4)随机 试验和随 机事件如果一个试验在相冋条件下可以重复进

2、行, 而每次试验的可能 结果不止 个,但在进行 次试验之前却不能断言它出现哪个 结果,则称这种试验为随机试验。试验的可能结果称为随机事件。(5)基本 事件、样 本空间和 事件在一个试验下,不管事件有多少个,总可以从其中找出这样一 组事件,它具有如下性质: 每进行次试验,必须发生且只能发生这组中的个事 件; 任何事件,都是由这一组中的部分事件组成的。这样一组事件中的每一个事件称为基本事件,用来表示。基本事件的全体,称为试验的样本空间,用表示。一个事件就是由 中的部分点(基本事件)组成的集合。通常 用大写字母A, B, C,表示事件,它们是 的子集。为必然事件,?为不可能事件。不可能事件(?)的概

3、率为零,而概率为零的事件不一定是不 可能事件;同理,必然事件(Q)的概率为 1,而概率为1的 事件也不一定是必然事件。(6)事件 的关系与 运算关系:如果事件A的组成部分也是事件B的组成部分,(A发生必有 事件B发生):如果同时有,则称事件A与事件B等价,或称A等于B:A=BA B中至少有一个发生的事件:A B,或者A+B属于A而不属于B的部分所构成的事件,称为A与B的差,记 为A-B,也可表示为A-AB或者,它表示A发生而B不发生的 事件。A B同时发生:A B,或者AB A B二?,则表示A与B不可能 同时发生,称事件A与事件B互不相容或者互斥。基本事件是 互不相容的。-A称为事件A的逆事

4、件,或称A的对立事件,记为。它表示 A不发生的事件。互斥未必对立。运算:结合率:A(BC)=(AB)C A U (B U C)=(A U B) U C分配率:(AB) U C=(AU C) n (B U C) (A U B) A C=(AC)U (BC)德摩根率:,(7)概率 的公理化 定义设为样本空间,为事件,对每一个事件都有一个实数P(A), 若满足下列三个条件:1 0 P(A) 0,则称 为事件A发生条(12)条件下,事件B发生的条件概率,记为。件概率条件概率是概率的一种,所有概率的性质都适合于条件概率。例如 P( Q /B)=1 P( /A)=1-P(B/A)乘法公式:(13)乘更一般

5、地,对事件 A, A2,An,若P(AAAn-1)0,则有法公式 O两个事件的独立性设事件、满足,则称事件、是相互独立的。若事件、相互独立,且,则有(14)独立性若事件、相互独立,则可得到 与、与、与也都相互独 立。必然事件和不可能事件?与任何事件都相互独立。?与任何事件都互斥。多个事件的独立性设ABC是三个事件,如果满足两两独立的条件,P(AB)二P(A)P(B) ; P(BC)二P(B)P(C) ; P(CA)二P(C)P(A)并且同时满足 P(ABC)=P(A)P(B)P(C)那么A、B、C相互独立。对于n个事件类似。设事件满足1两两互不相容,(15)全2 ,概公式则有。设事件,及满足1

6、 ,,两两互不相容,0, 1, 2,,,(16)贝2 ,叶斯公式则,i=1 , 2,n。此公式即为贝叶斯公式。),通常叫先验概率。,(,),通常称为后验概率。贝叶斯公式反映了“因果”的概率规律,并作出了“由果朔因”的推断。我们作了次试验,且满足u每次试验只有两种可能结果,发生或不发生;u次试验是重复进行的,即 发生的概率每次均一样;(17)伯u每次试验是独立的,即每次试验发生与否与努利概型其他次试验 发生与否是互不影响的。这种试验称为伯努利概型,或称为重伯努利试验。用 表示每次试验 发生的概率,则 发生的概率为,用 表示重伯努利试验中出现次的概率,, 。第二章随机变量及其分布(1)离散型设离散

7、型随机变量 的可能取值为Xk(k=1,2,)且取各个值的概 率,即事件(X=Xk)的概率为p(X=xk)=pk, k=1,2,,随 机 变 量 的 分 布 律则称上式为离散型随机变量的概率分布或分布律。有时也用分 布列的形式给出:。显然分布律应满足下列条件:(1), 。(2)连 续 型 随 机 变 量 的 分 布 密 度设是随机变量的分布函数,若存在非负函数,对任意实数, 有则称 为连续型随机变量。 称为 的概率密度函数或密度函数, 简称概率密度。密度函数具有下面4个性质:1 。2 。(3)离 散 与 连 续 型 随 机 变 量 的 关 系积分元 在连续型随机变量理论中所起的作用与 在离散型随

8、机 变量理论中所起的作用相类似。(4 )分 布 函 数设为随机变量,是任意实数,则函数称为随机变量X的分布函数,本质上是一个累积函数。可以得到X落入区间 的概率。分布函数 表示随机变量落入区间(-X内的概率。分布函数具有如下性质:1 ;2是单调不减的函数,即3,;4,即是右连续的;5。对于离散型随机变量,;对于连续型随机变量,。时,有;(50P(X=1)=p, P(X=O)=q)八-大1分分布布-在重贝努里试验中,设事件发生的概率为。事件发生的次项数是随机变量,设为,则可能取值为。分,其中,布则称随机变量服从参数为,的二项分布。记为 。当时,这就是(0-1)分布,所以(0-1)分布是二项分布的

9、特例。泊 松 分 布设随机变量的分布律为? 则称随机变量 服从参数为 的泊松分布,记为 或者P()。泊松分布为二项分布的极限分布(np=入,n超 几 何 分 布随机变量X服从参数为n,N,M的超几何分布,记为H(n,N,M)。几 何 分 布,其中 p0, q=1-p。随机变量X服从参数为p的几何分布,记为G(p)。均 匀 分 布设随机变量 的值只落在a , b内,其密度函数 在a , b上为 常数,即a x b其他,则称随机变量在a , b上服从均匀分布,记为XU(a, b)。分布函数为a xb0,xb。当ax iX2b时,X落在区间()内的概率为。指数5分0, ,布其中,则称随机变量X服从参

10、数为 的指数分布。X的分布函数为x0 (i,j=1,2,);(2)连续型对于二维随机向量,如果存在非负函数,使对任意一个其邻边分别平行于坐标轴的矩形区域D,即D=(X,Y)|a 0;(2)(2)二维随机 变量的 本质(3)联合分布函数设(X, Y)为二维随机变量,对于任意实数 x,y,二元函数称为二维随机向量(X,Y)的分布函数,或称为随机变量 X 和Y的联合分布函数。分布函数是一个以全平面为其定义域,以事件的概率为函数值的一个实值函数。分布函数F(x,y)具有以下的基本性质:(1)(2) F (x,y )分别对x和y是非减的,即当 X2Xi 时,有 F (X2,y ) F(xi,y);当 y

11、2yi 时,有 F(x,y 2) F(x,y 1);(3) F (x,y )分别对x和y是右连续的,即(4)(4) 对于(4)离 散型与 连续型 的关系(5)边缘分布离散型X的边缘分布为Y的边缘分布为。连续型X的边缘分布密度为 丫的边缘分布密度为(6)条件分布离散型在已知X=x的条件下,丫取值的条件分布为在已知丫二y的条件下,X取值的条件分布为连续型在已知Y=y的条件下,X的条件分布密 度为在已知X=x的条件下,丫的条件分布密 度为(7)独立性一般型F(X,Y)=Fx(x)F Y(y)离散型有零不独立连续型f(x,y)=f x(x)f Y(y)直接判断,充要条件: 可分离变量 正概率密度区间为

12、矩形二维正态分布=0随机变量的函数若Xl,X2,XnXm+1,Xn相互独立,h,g 为连续函数,贝S:h (Xi, X Xm)和 g ( Xm+1,Xn)相互 独立。特例:若X与丫独立,贝y: h (X)和g (丫)独立。例如:若X与丫独立,则:3X+1和5Y-2独立。43(8)二设随机向量(X, Y)的分布密度函数为维均匀 分布服从D上的均匀分布,其中Sd为区域D的面积,则称(X, Y) 记为(X,Y)U ( D)。例如图3.1、图3.2和图3.3yiDiO1图3.1图3.2yD3dcO a图3.3(9)二设随机向量(X, Y)的分布密度函数为维正态分布其中 是5个参数,则称(X, Y)服从

13、二维正态分布,记为(X, Y) N (由边缘密度的计算公式,可以推出二维正态分布的两个边缘分布仍为正态分布,即XN (但是若X N( , (X, Y)未必是二维正态分布。(10)函数分布Z=X+Y根据定义计算:对于连续型,fz(Z)=两个独立的正态分布的和仍为正态分 布()。n个相互独立的正态分布的线性组合, 仍服从止态分布。Z=max,min(X,X2,Xn)若 相互独立,其分布函数分别为,则Z=max,min(Xi,X2,Xn)的分布函数为:分布设n个随机变量相互独立,且服从标准正态分布,可以证明它们的平方和的分布密度为我们称随机变量W服从自由度为n的分布,记为W,其中所谓自由度是指独立正

14、态随机变量的个数,它是随机变量分布中的一个重要参数。分布满足可加性:设则t分布设X, Y是两个相互独立的随机变量,且可以证明函数的概率密度为我们称随机变量T服从自由度为n的t 分布,记为Tt(n)。F分布设,且X与Y独立,可以证明的概 率密度函数为我们称随机变量F服从第一个自由度 为ni,第一个自由度为n2的F分布, 记为 Ff(n i, n 2).第四章随机变量的数字特征(1)离散型连续型一维期望设X是离散型随机变量,设X是连续型随机变量,其随机期望就是平均值其分布律为P( ) = Pk,概率密度为f(x),变量k=1,2,n ,的数字特(要求绝对收敛)征(要求绝对收敛)函数的期望Y=g(X

15、)Y=g(X)方差2D(X)二EX-E(X),标准差矩对于正整数k,称随机对于正整数k,称随机变变量X的k次幕的数学期量X的k次幕的数学期望为望为X的k阶原点矩,记X的k阶原点矩,记为Vk,为Vk,即即v k=E(Xk)= , k=1,2.v k=E(Xk)=对于正整数k,称随机k=1,2,.变量X与E(X)差的k次 幕的数学期望为X的k阶 中心矩,记为,即=,k=1,2,.对于正整数k,称随机变 量X与E (X)差的k次幕 的数学期望为X的k阶中心 矩,记为,即k=1,2,.切比雪夫不等式设随机变量X具有数学期望E (X)二卩,方差D (X)=。2,则对于任意正数,有下列切比雪夫不等式切比雪

16、夫不等式给出了在未知 X的分布的情况下,对概率的一种估计,它在理论上有重要意义。(2) 期望 的性 质(1) E(C)=C(2) E(CX)=CE(X)(3) E(X+Y)=E(X)+E(Y),(4) E(X Y)二E(X) E( Y),充分条件:X 和丫 独立;不相关。充要条件:X和Y(3)(1)D(C)=0 ; E(C)=C、*、八方差(2)2D(aX)=a D(X) ;E(aX)=aE(X)的性质(3)D(aX+b)二 a 2D(X);E(aX+b)=aE(X)+b(4)D(X)=E(X 2)-E 2(X)(5)D(X Y)=D(X)+D(Y),充分条件:X和Y独立;充要条件:X和Y不相

17、关。D(X Y)=D(X)+D( Y)士 2E(X -E(X)(Y-E(Y),无条件成立。而 E(X+Y)=E(X)+E(Y),无条件成立。(4)期望方差常见0-1分布P分布二项分布np的期望和泊松分布方差几何分布超几何分布均匀分布指数分布止态分布n2nt分布0(n2)(5)二维随机变量的数字特征期望函数的期望方差协方差对于随机变量X与Y,称它们的二阶混合中心矩 为与丫的协方差或相关矩,记为,即与记号 相对应,X与丫的方差D (X)与D (丫)也可分别记为与。相关系数对于随机变量X与Y,如果D (X) 0, D(Y)0,则称 为X与丫的相关系数,记作(有时可简记为)。| 1,当|=1时,称X与

18、丫完全相关:完全相关而当时,称X与丫不相关。以下五个命题是等价的:; cov(X,丫 )=0; E(XY )=E(X)E( Y); D(X+Y)二D(X)+D( Y); D(X- Y)二D(X)+D( Y).协方差矩阵混合矩对于随机变量X与Y,如果有存在,则称之为X与Y 的k+l阶混合原点矩,记为;k+l阶混合中心矩记 为:(6)(i)cov (X, 丫)=cov (Y, X);协方(ii)cov(aX,b Y)二ab cov(X, Y);差的性质(iii)cov(X 1+%, Y)=cov(X i,Y)+cov(X 2,Y);(iv)cov(X, Y)二E(X Y)-E(X)E( Y).(7

19、)(i)若随机变量X与丫相互独独立立,则;反之不真。和不(ii)若(X, Y)N (),相关则X与丫相互独立的充要条件是X和丫不相关。第五章大数定律和中心极限定理(1)大数定律切比雪夫 大数 定律设随机变量X, X2,相互独立,均具有有限方 差,且被同 常数C所界:D(X)C(i=1,2,), 则对于任意的正数,有特殊情形:若X1, X,具有相同的数 学期望E (X)二卩,则上式成为伯努设卩是n次独立试验中事件A发生的次数,p利大数定律是事件A在每次试验中发生的概率,则对于任意的正数,有伯努利大数定律说明,当试验次数n很 大时,事件A发生的频率与概率有较大判别的 可能性很小,即这就以严格的数学

20、形式描述了频率的稳定性。辛钦设X, & ,X,是相互独立同分布的随机大数变量序列,且E ( Xn)二卩,则对于任意的正数定律有(2)中心极限列维设随机变量X,X?,相互独立,服从同一分布,定理林且具有相同的数学期望和方差:,则随机变量德伯定 格理的分布函数Fn(x)对任意的实数X,有此定理也称为独立同分布的中心极限定理。棣莫 弗- 拉普 拉斯 定理设随机变量为具有参数n, p(0p1)的二项分 布,则对于任意实数X,有(3)二项定理若当,则超几何分布的极限分布为二项分布。(4)泊松定理若当,则其中k=0, 1, 2,,n,。二项分布的极限分布为泊松分布。第六章样本及抽样分布(1)数理 统计的基

21、 本概念总体在数理统计中,常把被考察对象的某一个(或多 个)指标的全体称为总体(或母体)。我们总是 把总体看成一个具有分布的随机变量 (或随机向 量)。个体总体中的每一个单元称为样品(或个体)。样本我们把从总体中抽取的部分样品 称为样本。样 本中所含的样品数称为样本容量,一般用 n表 示。在 般情况下,总疋把样本看成疋n个相互 独立的且与总体有相冋分布的随机变量, 这样的 样本称为简单随机样本。在泛指任一次抽取的结 果时,表示n个随机变量(样本);在具体的 一次抽取之后,表示n个具体的数值(样本值)。 我们称之为样本的两重性。样本函数设为总体的一个样本,称和统计量()为样本函数,其中为一个连续

22、函数。如果中不包含任何未知参数,则称()为个统计量。常见统计样本均值量及其性样本方差质样本标准差样本k阶原点矩样本k阶中心矩其中,为二阶中心矩。(2)正态 总体下的 四大分布正态分布设 为来自正态总体 的一个样本,则样本函数分布设 为来自正态总体 的一个样本,则样本函数 其中t(n-1)表示自由度为n-1的t分布。设 为来自正态总体 的一个样本,则样本函数 其中 表示自由度为n-1的分布。F分布设 为来自正态总体 的一个样本,而 为来自正态总体的一个样本,则样本函数其中表示第一自由度为,第一自由度为 的F分布。(3)正态总体下分布的性质与独立。第七章参数估计(1)点估计矩估计设总体X的分布中包

23、含有未知数,则其分布函数可以 表成它的k阶原点矩中也包含了未知参数,即。 又设 为总体X的n个样本值,其样本的k阶原点矩为这样,我们按照“当参数等于其估计量时,总体矩等于相应的样本矩 的原则建立方程,即有由上面的m个方程中,解出的m个未知参数 即为参数()的矩估计量。若 为的矩估计,为连续函数,则 为 的矩估计。极大似然估计当总体X为连续型随机变量时,设其分布密度为,其中为未知参数。又设 为总体的一个样本,称为样本的似然函数,简记为Ln.当总体X为离型随机变量时,设其分布律为, 则称为样本的似然函数。若似然函数 在 处取到最大值,则称 分别为 的最大似然估计值,相应的统计量称为最大似然估计 量

24、。若 为的极大似然估计,为单调函数,则 为 的极大 似然估计。(2)估 计量的 评选标 准无偏性设为未知参数的估计量。右E ()=,则称为的 无偏估计量。E ( ) =E (X), E (S2)=D( X)有效性设和是未知参数的两个无偏估计量。若,则称有 效。致性设 是 的一串估计量,如果对于任意的正数,都有则称为的致估计量(或相合估计量)。若为的无偏估计,且则为的致估计。只要总体的E(X)和D(X)存在,一切样本矩和样本矩的连续函数都是相应总体的 致估计量。(3)区间估计置信区间和置信度设总体X含有 个待估的未知参数。如果我们从样本 出发,找出两个统计量 与,使得区间 以 的概率包 含这个待估参数,即那么称区间为的置信区间,为该区间的置信度(或 置信水平)。单正态 总体的 期望和 方差的 区间估设为总体的一个样本,在置信度为下,我们来确疋 的置信区间。具体步骤如下:(i )选择样本函数;(ii )由置信度,查表找分位数;(iii )导出置信区间。计已知方差,估计均值(i )选择样本函数(ii)查表找分位数(iii)导出置信区间未知方差,估计均值(i )选择样本函数(ii)查表找分位数(iii )导出置信区间方差的区间估计(i )选择样本函数(ii)查表找分位数(iii )导出的置信区间第八章假设检验基本思想/Lb、假设检验的统计思想是,概率很小的事件在一次

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