exponenta event banner

Геометрическое распределение

Обзор

Геометрическое распределение представляет собой однопараметрическое семейство кривых, которое моделирует количество отказов до одного успеха в серии независимых испытаний, где каждое испытание приводит либо к успеху, либо к неудаче, и вероятность успеха в любом отдельном испытании постоянна. Например, при подбрасывании монеты геометрическое распределение моделирует количество хвостов, наблюдаемое перед результатом, как головы. Геометрическое распределение дискретное, существующее только на неотрицательных целых числах.

Toolbox™ статистики и машинного обучения предлагает несколько способов работы с геометрическим распределением.

  • Использовать специфичные для распределения функции (geocdf, geopdf, geoinv, geostat, geornd) с указанными параметрами распределения. Специфичные для распределения функции могут принимать параметры нескольких геометрических распределений.

  • Использовать общие функции распределения (cdf, icdf, pdf, mle, random) с указанным именем дистрибутива ('Geometric') и параметры.

Параметры

В геометрическом распределении используется следующий параметр.

ПараметрОписаниеПоддержка
pВероятность успеха0≤p≤1

Функция плотности вероятности

Функция плотности вероятности (pdf) геометрического распределения

y = f (x 'p) = p (1 p) x; x = 0,1,2,...,

где p - вероятность успеха, а x - число сбоев перед первым успехом. Результатом y является вероятность наблюдения точно за x испытаниями перед успехом, когда вероятность успеха в любом данном испытании равна р. Для дискретных распределений pdf также известен как функция вероятностной массы (pmf).

Пример см. в разделе Расчет геометрического распределения pdf.

Функция совокупного распределения

Кумулятивная функция распределения (cdf) геометрического распределения

y = F (x 'p) = 1 (1 p) x + 1; x = 0,1,2,...,

где p - вероятность успеха, а x - число сбоев перед первым успехом. Результатом y является вероятность наблюдения до x испытаний до успеха, когда вероятность успеха в любом данном испытании равна p.

Пример см. в разделе Расчет геометрического распределения cdf.

Описательная статистика

Среднее геометрического распределения - среднее = 1 pp, а дисперсия геометрического распределения - var = 1 − pp2, где p - вероятность успеха.

Функция опасности

Функция опасности (мгновенная частота отказов) представляет собой соотношение pdf и дополнения cdf. Если f (t) и F (t) являются pdf и cdf распределения (соответственно), то коэффициент опасности равен h (t) = f (t) 1 − F (t). Замена pdf и cdf геометрического распределения на f (t) и F (t) выше дает константу, равную взаимности среднего значения. Геометрическое распределение является единственным дискретным распределением с постоянной функцией опасности. Следовательно, вероятность наблюдения за успехом не зависит от количества уже наблюдаемых отказов.

Примеры

Вычислить геометрическое распределение pdf

Вычисление pdf геометрического распределения с вероятностью успеха 0.25.

x = 0:20;
y = geopdf(x,0.25);

Печать PDF с полосами ширины 1.

figure
bar(x,y,1)
xlabel('Observation')
ylabel('Probability')

Figure contains an axes. The axes contains an object of type bar.

Вычислить геометрическое распределение cdf

Вычислить cdf геометрического распределения с вероятностью успеха 0.25.

x = 0:20;
y = geocdf(x,0.25);

Постройте график cdf.

figure
stairs(x,y)
xlabel('Observation')
ylabel('Cumulative Probability')

Figure contains an axes. The axes contains an object of type stair.

Вычислить вероятности геометрического распределения

Предположим, что вероятность того, что пятилетний автомобильный аккумулятор не запустится в холодную погоду, составляет 0,03. Водитель пытается завести машину каждое утро в период холодов продолжительностью 25 дней. Смоделировать этот сценарий с геометрическим распределением, где событие для наблюдения - автомобиль не стартует.

Вычислите cdf из 25, чтобы найти вероятность того, что автомобиль не запустится в течение одного из 25 дней.

x = 25;
p = 0.03;
notstart = geocdf(x,p)
notstart = 0.5470

Вычислите дополнение, чтобы найти вероятность запуска автомобиля каждый день в течение всех 25 дней.

start = 1 - notstart
start = 0.4530

Связанные распределения

  • Экспоненциальное распределение (Exponential Distribution) - экспоненциальное распределение является однопараметрическим непрерывным распределением, имеющим параметр (mean). Экспоненциальное распределение является непрерывным аналогом геометрического и является единственным распределением, отличным от геометрического с постоянной функцией опасности.

  • Отрицательное биномиальное распределение - отрицательное биномиальное распределение является двухпараметрическим дискретным распределением, которое имеет параметры r и p и моделирует количество сбоев, наблюдаемых до r успехов, с вероятностью p успеха в одном испытании. Геометрическое распределение происходит как отрицательное биномиальное распределение с r = 1.

Ссылки

[1] Абрамовиц, Милтон и Ирен А. Стегун, эд. Справочник по математическим функциям: с формулами, графиками и математическими таблицами. 9. Dover print.; [Начдр. дер Аусг. фон 1972]. Dover Books по математике. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Dover Publ, 2013.

[2] Девройе, Люк. Генерация неоднородных случайных вариаций. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Спрингер Нью-Йорк, 1986. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-8643-8

[3] Эванс, Мерран, Николас Гастингс и Брайан Пикок. Статистические распределения. 2-й ред. Нью-Йорк: Дж. Уайли, 1993.

См. также

| | | | |

Связанные темы