Распределение вероятностей
Распределение вероятностей — это закон описывающий область значений случайной величины и соответствующие вероятности появления этих значений.
Определение
Пусть задано вероятностное пространство , и на нём определена случайная величина . В частности, по определению, является измеримым отображением измеримого пространства в измеримое пространство , где обозначает борелевскую сигма-алгебру на .
Тогда случайная величина индуцирует вероятностную меру на следующим образом:
Мера называется распределением случайной величины . Иными словами, , таким образом задаёт вероятность того, что случайная величина попадает во множество .
Классификация распределений
Функция называется (кумулятивной) функцией распределения случайной величины . Из свойств вероятности вытекает теорема:
Функция распределения любой случайной величины удовлетворяет следующим трем свойствам:
- — функция неубывающая;
- ;
- непрерывна справа.
Из того факта, что борелевская сигма-алгебра на вещественной прямой порождается семейством интервалов вида
, вытекает теорема:
Любая функция
, удовлетворяющая трём свойствам, перечисленным выше, является функцией распределения для какого-то распределения
.
Для вероятностных распределений, обладающих определенными свойствами, существуют более удобные способы их задания. В то же время распределения (и случайные величины) принято классифицировать по характеру функций распределения[1].
Дискретные распределения
Случайная величина называется простой или дискретной, если она принимает не более чем счётное, конечное число значений. То есть , где — разбиение .
Распределение простой случайной величины тогда по определению задаётся: . Введя обозначение , можно задать функцию . В силу свойств вероятности . Используя счётную аддитивность , легко показать, что эта функция однозначно определяет распределение .
Набор вероятностей , где называется распределением вероятностей дискретной случайной величины . Совокупность значений и вероятностей называется дискретным законом распределения вероятностей[2].
Шаблон:Начало цитаты Для иллюстрации сказанного выше, рассмотрим следующий пример.
Пусть функция задана таким образом, что и . Эта функция задаёт распределение случайной величины , для которой (см. распределение Бернулли, где случайная величина принимает значения ). Случайная величина является моделью подбрасывания уравновешенной монеты. Шаблон:Конец цитаты
Другими примерами дискретных случайных величин являются распределения
Дискретное распределение обладает следующими свойствами:
- ,
- , если множество значений - конечное — из свойств вероятности,
- Функция распределения имеет конечное или счётное множество точек разрыва первого рода,
- Если - точка непрерывности , то существует .
Решётчатые распределения
Решётчатым называется распределение с дискретной функцией распределения и точки разрыва функции распределения образуют подмножество точек вида , где - вещественное, , - целоеШаблон:Sfn.
Теорема. Для того, чтобы функция распределения была решётчатой с шагом , необходимо и достаточно, чтобы её характеристическая функция удовлетворяла соотношению Шаблон:Sfn.
Абсолютно непрерывные распределения
Шаблон:Main Распределение случайной величины называется абсолютно непрерывным, если существует неотрицательная функция
такая что
.
Тогда функция называется плотностью распределения вероятностей случайной величины .
Функция таких распределений абсолютно непрерывна в смысле Лебега.
Примерами абсолютно непрерывных распределений являются
Пример. Пусть , когда , и в противном случае. Тогда , если .
Для любой плотности распределения верны свойства:
- ;
- .
Верно и обратное — если функция такая, что:
- ;
- ,
то существует распределение такое, что является его плотностью.
Применение формулы Ньютона-Лейбница приводит к следующим соотношениям между функцией и плотностью абсолютно непрерывного распределения:
.
Теорема. Если — непрерывная плотность распределения, а — его функция распределения, то
- .
При построении распределения на основе эмпирических данных следует избегать ошибок округления.
Сингулярные распределения
Шаблон:Main Кроме дискретных и непрерывных случайных величин существуют величины, не являющиеся ни дискретными, ни непрерывными ни на одном интервале. К таким случайным величинам относятся величины функции распределения которых непрерывны, но возрастают только на множестве лебеговой меры нуль[3].
Сингулярными называют распределения, сосредоточенные на множестве нулевой меры, обычно меры Лебега.
Таблица основных распределений
| Название | Обозначение | Параметр | Носитель | Плотность (последовательность вероятностей) | Матем. ожидание | Дисперсия | Характеристическая функция |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Дискретное равномерное | |||||||
| Бернулли | |||||||
| Биноминальное | |||||||
| Пуассоновское | |||||||
| Геометрическое |
где - гамма-функция, - неполная гамма-функция, - дигамма-функция, - бета-функция, - регуляризованная неполная бета-функция, , — гипергеометрическая функция, - функция Бесселя, - модифицированная функция Бесселя первого рода, - модифицированная функция Бесселя второго рода, - функция Трикоми.
| Название | Обозначение | Параметр | Носитель | Плотность (последовательность вероятностей) | Матем. ожидание | Дисперсия | Характеристическая функция |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Гауссовское | - симм. и неотр. опр. |
Примечания
Литература
См. также
Шаблон:Вс Шаблон:Список вероятностных распределений Шаблон:Проще Шаблон:Нет источников
- ↑ Маталыцкий, Хацкевич. Теория вероятностей, математическая статистика и случайные процессы, 2012. - С.69
- ↑ Маталыцкий, Хацкевич. Теория вероятностей, математическая статистика и случайные процессы, 2012. - С.68
- ↑ Маталыцкий, Хацкевич. Теория вероятностей, математическая статистика и случайные процессы, 2012. — С.76