概率和分布

2024-08-07 20:43:14 浏览数 (4)

样本空间

outcomes 客观的所有互斥结果

events 0个或多个outcomes集合

sample space 所有可能outcomes的集合,互斥且详尽


概率空间

概率空间:sample space,events space和probability function

概率函数是将事件映射到区间 0,1 的实值函数,概率函数遵循概率公理(Kolmogorov Axioms)


加法 OR probability

P(A cup B) = P(A) P(B) - P(A cap B)

当AB互斥:

P(A cup B) = P(A) P(B)


乘法 AND probability

不独立 Dependent

P(A∩B)=P(A)∗P(B|A)

独立 Independent

P(A∩B)=P(A)∗P(B)

互斥 Mutually exclusive

P(A∩B)=0


有条件的 Conditional

P(A|B)=frac{P(A,B)}{P(B)}

独立 Independent

P(A,B)=P(A)∗P(B)

不相交 Disjoint

P(A,B)=0

可交换 Exhangeable

P(A then B)=P(B then A)


因式分解联合概率 Factoring joint probabilities

P(A,B)=P(A|B) ast P(B)

P(A,B,C)=P(A|B,C)∗P(B,C)=P(A|B,C)∗P(B|C)∗P(C)


概率分布 Probability Distributions

离散: binomial 二项,Poisson 泊松,geometric 几何

连续: normal 正态/高斯,exponential 指数,uniform 均匀

概率质量函数 Probability Mass Function (PMF)

sum_{x in X} f_x(x) = 1

离散变量的概率和为1

累积分布函数 cdf cumulative distribution function

F_X(b) = sum_{x in [-infty,b]} f_X(x)

概率密度函数 Probability Density Function (PDF)

int_{-infty}^infty f_x(x)dx = 1

域的积分为1

cdf

P(X le x) = F_X(x) = int_{-infty}^x f(u)du


正态分布pdf

X sim Norm(mu,sigma^2) text{, where}

f_x(x,mu,sigma^2) = frac{1}{sqrt{2pisigma^2}}e^{-frac{(x-mu)^2}{2sigma^2}}, (x,mu,sigma^2) in (mathbb{R},mathbb{R},mathbb{R}_ )

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import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import scipy.stats as stats
import math

mu = 0
variance = 1
sigma = math.sqrt(variance)
x = np.linspace(mu - 3*sigma, mu   3*sigma, 100) #bounds and granularity
plt.plot(x, stats.norm.pdf(x, mu, sigma))
plt.show()
mu=0,方差1的正态分布mu=0,方差1的正态分布

函数的期望 Expectation:函数在概率分布下的平均值,离散分布计算加权平均值,权重由 x 值处的概率决定

离散分布

E[f] = sum_x f(x)^r p(x)

连续分布

E[f] = int f(x)^r p(x) dx

Bernoulli distribution

E[x] = sum_{x=0,1} xast p(x,theta) = 0ast(1-theta) 1asttheta = theta


方差 Variance

Var(X) = E[(X-E[X])^2] = int (X-E[X])^2 p(x) dxtext{连续情况}

偏度 Skewness 分布的对称性

alpha_3 = frac{E(X-E[X])^3}{(sqrt{Var(X)})^3}

峰度 Kurtosis 分布的峰值

alpha_4 = frac{E(X-E[X])^4}{(sqrt{Var(X)})^4}


对于正态分布,mean = median = mode。均值,中位数,众数相同

联合分布

P_{XY}(x,y) = P(X=x,Y=y)

条件分布的期望

E[X|Y=y_j] = sum_{X} x_iP_{X|Y}(x_i|y_j)

协方差 Covariance

cov[x,y] = E[(x-E[x])(y-E[y])] = E_{x,y}[xy]-E_x[x]E_y[y]

相关性/相关系数 Correlation (correlation coefficient)

rho_{XY} = frac{Cov(X,Y)}{sigma_xsigma_y}

如果XY独立,cov(X,Y)= corr(X,Y) = 0

参考:

https://sjster.github.io/introduction_to_computational_statistics/docs/index.html

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