概率和概率分布-PPT课件.ppt
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1、第三章概率与概率分布第三章概率与概率分布一、概率的概念一、概率的概念二、概率的计算二、概率的计算三、概率的分布三、概率的分布四、大数定律四、大数定律第一节第一节 概率基础知识概率基础知识一、概率的概念(一)事件(一)事件 必然事件(U):一定条件下必然出现。 不可能事件(V):一定条件下必然不出现。 随机事件(A):一定条件下可能出现。 生物统计学只讨论随机事件。(二)频率(二)频率 设事件设事件A在在n次重复试验中发生了次重复试验中发生了m次次, 其比值其比值m/n称为事称为事件件A发生的频率发生的频率(frequency),记为,记为: W(A) = m/n1)(0AW(三)概率(三)概率
2、(probability, P) 事件事件A在在n次重复试验中,发生了次重复试验中,发生了m次,当试验次数次,当试验次数n不不断增大时,事件断增大时,事件A发生的频率发生的频率W(A)就越来越接近某一确定就越来越接近某一确定值值p,于是定义,于是定义p为事件发生的概率(为事件发生的概率(probability)。)。 记为记为:P(A) = p 只有当试验次数无限增大时,任一事件的频率趋于稳定,这时频率又称统计概率这时的频率和概率才是一样的调查株数(调查株数(n) 受害株数(受害株数(a) 植株受害频率植株受害频率(a/n) 0.400.480.300.330.360.3540.3510.35
3、00.352 例:表3.1 棉田发生盲椿象的为害情况 表表3.2 3.2 抛掷一枚硬币发生正面朝上的试验记录抛掷一枚硬币发生正面朝上的试验记录概率的三个性质:(1)任何事件概率均满足 0P(A)1(2)必然事件的概率为1(3)不可能事件的概率为0,即P(V)00P(A)10P(A)1 P(U)=1P(U)=1 P(V)P(V)0 0 二、概率的计算(一)事件的相互关系(一)事件的相互关系和事件和事件积事件积事件互斥事件互斥事件对立事件对立事件独立事件独立事件完全事件系完全事件系 事件事件A和事件和事件B中至少有一个发生而构成的新事件中至少有一个发生而构成的新事件称为事件称为事件A和事件和事件B
4、的和事件,记作的和事件,记作A+B。n个事件的和,可表示为个事件的和,可表示为A1+A2+An。和事件和事件ABAB 事件事件A和事件和事件B中同时发生而构成的新事件称为事件中同时发生而构成的新事件称为事件A和和事件事件B的积事件,记作的积事件,记作AB。n个事件的积,可表示为个事件的积,可表示为A1A2An。积事件积事件ABABA B互斥事件互斥事件 事件事件A和事件和事件B不能同时发生,则称这两个事件不能同时发生,则称这两个事件A和和B互不互不相容或互斥。相容或互斥。n个事件两两互不相容,则称这个事件两两互不相容,则称这n个事件互斥。个事件互斥。 事件事件A和事件和事件B必有一个发生,但二
5、者不能同时必有一个发生,但二者不能同时发生,且发生,且A和和B的和事件组成整个样本空间。即的和事件组成整个样本空间。即A+B=U,AB=V。则事件。则事件B为事件为事件A的对立事件。的对立事件。B= A对立事件对立事件互斥事件互斥事件对立对立事件事件 事件事件A和事件和事件B的发生无关,事件的发生无关,事件B的发生与的发生与事件事件A的发生无关,则事件的发生无关,则事件A和事件和事件B为独立事为独立事件。件。独立事件独立事件完全事件系完全事件系 如果多个事件如果多个事件A1、A2、A3、An两两互斥,且两两互斥,且每次试验结果必然发生其一,则称事件每次试验结果必然发生其一,则称事件A1、A2、
6、A3、An为完全事件系。为完全事件系。(二)概率的计算法则(二)概率的计算法则1 互斥事件加法定理互斥事件加法定理若事件若事件A A与与B B互斥互斥,则 P(A+B)=P(A)+P(B)推理推理1 P(A1+A2+An)=P(A1)+P(A2)+P(An)推理推理2 P(A)=1-P(A)推理推理3 完全事件系的和事件的概率为完全事件系的和事件的概率为1。2 独立事件乘法定理独立事件乘法定理事件事件A和事件和事件B为为独立事件独立事件,则事件,则事件A与事件与事件B同同时发生的概率为各自概率的积。时发生的概率为各自概率的积。P(AB)=P(A)P(B)推理:推理:A1、A2、An彼此独立,则
7、彼此独立,则P(A1A2A3An)=P(A1)P(A2)P(A3)P(An)播种玉米时,每穴播两粒种子,种子的发芽率为播种玉米时,每穴播两粒种子,种子的发芽率为90%,则:,则:A:第一粒种子发芽第一粒种子发芽B:第二粒种子发芽第二粒种子发芽C:两粒种子均发芽两粒种子均发芽D:只有一粒种子发芽只有一粒种子发芽E:两粒种子均不发芽两粒种子均不发芽9 .0)(AP1 .0)(AP9 .0)(BP1 .0)(BP81.0)()()(BPAPCP18.0)()()(BAPBAPDP01.01.01.0)()()(BPAPEP1)()()()(EPDPCPEDCP(一)离散型变量的概率分布(一)离散型变
8、量的概率分布 要了解离散型随机变量要了解离散型随机变量x 的统计规律,必须知道它的统计规律,必须知道它的一切可能值的一切可能值xi及取每种可能值的概率及取每种可能值的概率pi。三、概率分布三、概率分布1.1.列出离散型随机变量列出离散型随机变量X的所有可能取值的所有可能取值. .2.2.列出随机变量取这些值的概率列出随机变量取这些值的概率. .3.3.通常用下面的表格来表示通常用下面的表格来表示: : 表3.3 离散型变量的概率分布变量(x) x1 x2 x3 x4 . xn概率(P) p1 p2 p3 p4 . pn 设离散型变量x的一切可能值为xi(i=1,2,3),取相应值的概率为pi,
9、则pi称为离散型随机变量x的概率函数。), 3 , 2 , 1()(nipxxPii 表3.4某鱼群的年龄组成年龄(x) 1 2 3 4 5 6 7频率(W) 0.4597 0.3335 0.1254 0.0507 0.0215 0.0080 0.0012例,鱼群年龄的概率分布o 例:掷一次骰子所得点数的概率函数例:掷一次骰子所得点数的概率函数6, 5, 4, 3, 2, 1,61)(xxfx123456f (x)1/61/61/61/61/61/6概率分布列概率分布列例:掷二次骰子所得点数之和的概率分布例:掷二次骰子所得点数之和的概率分布x234567f(x)1/362/363/364/36
10、5/366/36x89101112f(x)5/364/363/362/361/363621)()7(72xxfF366)7()7(21xxPf)()(21xxxPxf概率分布图概率分布图(二)连续型变量的概率分布(二)连续型变量的概率分布 整理成频率分布表,整理成频率分布表,n 增加、增加、分组多,组距减少、直方分组多,组距减少、直方条增加条增加阶梯形曲线趋于光滑阶梯形曲线趋于光滑 当当n n无限大时,频率转化为概率,阶梯形曲线也就转化无限大时,频率转化为概率,阶梯形曲线也就转化为一条光滑的连续曲线,这时频率分布就转化为概率分布为一条光滑的连续曲线,这时频率分布就转化为概率分布了,此曲线为了,
11、此曲线为总体总体的概率密度曲线。曲线函数用的概率密度曲线。曲线函数用f(xf(x) )表示。表示。(1)(2)(3)(4)-2020.00.10.20.30.4badxxfbxaP)()( 连续型随机变量不能列出每一个值及其相应的概率,在某一区间内可以有无限种可能的值,定义其取某特定值的概率没有意义,只能定义它在某区间内取值的概率。概率密度函数概率密度函数f(x)与与x轴所围成的面积为轴所围成的面积为1。连续型随机变量x在某一区间的概率: 概率密度函数概率密度函数f(x)badxxfbaxfbXaP)( )()(之间的面积和曲线下在ddxxfdxfdXP)( )()(右边的面积曲线下在cdxx
12、fcxfcXP左边的面积曲线下在)( )()( 概率函数(probability function) 随机变量所取的值x的概率写成x的函数(离散型随机变量) 概率密度函数(probability density function) 随机变量取某一特定值x的概率密度的函数(连续型随机变量) 概率分布函数或概率累积函数(probability distribution function) 随机变量取值小于或等于某特定值的概率。频率频率W(A)概率概率P(A)n 值大值大统计数统计数参参 数数四、大数定律四、大数定律大数定律大数定律:概率论中用来阐述大量随机现象平均结果稳定性的 一系列定律的总称。
13、设m是n次独立试验中事件A出现的次数,而p是事件A在每次试验中出现的概率,则对于任意小的正数1limpnmPn利利Jocob Bernoulli(1654-1705年):瑞士数学家 当实验次数足够多时,某一事件出现的频率与概率有较大偏差的可能性很小 设x1,x2,x3,xn是来自同一总体的变量,对于任意小的正数。1limxPn(18941959) 苏联数学家 只要从总体中抽取 的随机变量相当多,就可以用样本的统计数来估计总体的参数。 参数参数统计数统计数样本容量越大,样本统计数与总体参数之差越小。 随机变量的分布可用分布函数来表述概率 离散型变量(discrete random variabl
14、e) 连续型变量(continuous random variable)二项分布二项分布泊松分布泊松分布正态分布正态分布变量第二节第二节 几种常见的理论分布几种常见的理论分布动物种子穗子生物个体雄性雌性 发芽不发芽有芒无芒成活死亡对立事件一、二项分布一、二项分布贝努利分布贝努利分布二项总体二项分布“非此即彼”事件所构成的总体概率分布二项总体特点1、试验只有两个对立结果,概率分别为试验只有两个对立结果,概率分别为p与与q(q=1-p)2、重复性重复性3 3、独立性、独立性(一)二项分布的概率函数(一)二项分布的概率函数试验的条件不变,即在每次试验中试验的条件不变,即在每次试验中事件事件A A出现
15、的概率皆为出现的概率皆为p p。任何一次试验中,事件任何一次试验中,事件A A的出现与的出现与其余各次试验中出现的结果无关。其余各次试验中出现的结果无关。从雌雄各半的100只动物中,做一抽样试验。第一次从这100只动物中随机抽取1只,记下性别后放回,再做第二次抽样。 不论第一次抽样结果,第二次抽样中,得到雌性或雄性的概率仍是50100。这两次试验是独立独立的第一次抽样后不放回,再做第二次抽样。第一次抽样后不放回,再做第二次抽样。这两次试验是非独立的雄性动物抽到雄性的概率是4999抽到雌性的概率是5099雌性动物抽到雄性的概率是5099抽到雌性的概率是4999放回式抽样非放回式抽样二项分布超几何
16、分布x表示在n次试验中事件A出现的次数,其概率分布函数为:P(x)为随机变量x的二项分布,记作 B(n, p) p(x) =1), 2 , 1 , 0()1 ()!( !)1 ()(nxppxnxnppCxfxnxxnxxno 二项分布的概率函数(1)(1)当当p p值较小且值较小且n n不大时,分布是偏不大时,分布是偏倚的。随倚的。随n n的增大,分布趋于对称的增大,分布趋于对称;(2 2)对于固定的)对于固定的n n和和p p,当,当x x增加时,增加时,P(xP(x) )先随之增加并达到极大值,以先随之增加并达到极大值,以后又下降。后又下降。(3 3)当)当p p值趋于值趋于0.50.5
17、时,分布趋时,分布趋于对称。于对称。二项分布的形状二项分布的形状np)1 (pnp二项分布二项分布B(n,p)的参数的参数二项成数分布:npqy_py_pp)1 ()(2pnpXVar 应用二项分布时,当试验的次数 n 很大,成功的概率 p 很小时 ,这时二项分布就变成泊松分布, 为二项分布的一种特殊类型。例:例:一匹布上发现的疵点个数一定页数的书刊上出现的错别字个数 抽检大量产品中出现次品的件数田间小区内出现变异植株的计数二、泊松分布二、泊松分布 (Poisson distribution)(Simeon-Denis Poisson, 1781-1840)法国数学家 n 很大,很大,p值很小
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