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超几何分布

超几何分布是一种离散概率分布,用于描述从有限个物件中不放回地抽取n个物件时,成功抽出指定种类的物件的次数。该分布与“超几何函数”的级数展式的系数有关,因此得名。超几何分布的参数包括总体容量N、抽取样本数n和指定种类的物件数M。

超几何分布的概率质量函数(probability mass function, PMF)为:

\[ P(X = k) = \frac{{C(M, k) \cdot C(N - M, n - k)}}{{C(N, n)}} \]

其中,\( C(a, b) \) 表示从a个物件中选取b个物件的组合数,即 \( C(a, b) = \frac{a!}{b! \cdot (a - b)!} \)。

超几何分布的期望值(mean)和方差(variance)分别为:

\[ E(X) = \frac{n \cdot M}{N} \]

\[ \text{Var}(X) = \frac{n \cdot M \cdot (N - M) \cdot (N - n)}{N^2 \cdot (N - 1)} \]

超几何分布适用于不放回抽样的情况,例如从含有M个次品的N个产品中随机抽取n件产品,求其中恰有k件次品的概率。

应用场景

超几何分布常用于以下场景:

产品质量控制:

从一批产品中随机抽取样本,检测其中不合格品的数量。

医学研究:

从患者群体中随机抽取样本,检测其中某种疾病的患病率。

抽样检验:

从总体中随机抽取样本,进行统计检验。

示例

假设有100颗球,其中20颗为红球,80颗为白球。从中不放回地拿出10个球,求其中恰有k颗红球的概率。这里,N=100,M=20,n=10,超几何分布的参数为X~H(100, 10, 20)。

总结

超几何分布是一种重要的离散概率分布,适用于描述不放回抽样中成功事件出现的概率。其概率质量函数、期望值和方差都有明确的数学表达式,广泛应用于统计学、医学、质量控制等领域。

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