金融知识科普:伯努利概型和二项分布
文章来源:中博教育
发布时间:2018-07-20 17:14
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要说二项分布,先要介绍伯努利概型。伯努利概型是瑞士数学家雅各布·伯努利提出的。它是指只有两种可能结果的随机试验。
所谓随机试验指的是你做一次试验,可能的结果不止一个,但是所有可能的结果预先都是知道的,只是你做试验之后才能知道到底出现的是哪一个结果。*常见的随机试验的例子,就是掷骰子。我们在掷骰子之前都知道掷完骰子后,可能的结果只能是掷出1、2、3、4、5、6中的一个,到底是哪一个你事先是不知道的,只有掷完骰子之后,出来了结果,你才知道是哪一个,这就是随机试验。
在随机试验中,有一类只有两种可能结果的随机试验,我们称之为伯努利概型。比如扔硬币,扔完硬币之后,只有两种可能的结果,要么正面朝上,要么背面朝上,这就是伯努利概型。如果我们把一种结果记作1,它的概率为p,另一种情况记作0,其概率为q。我们就可以用下面的式子来表示。
P(x=1) = p
P(x=0) = q
p + q = 1
上面的*个式子表示结果1的概率是p,第二个式子表示结果2的概率是q,而第三个式子表示只有两种情况,结果1和结果2共同构成了所有可能的结果。
比如对于扔硬币,我们就可以记作:
P(x=正面朝上) = 0.5
P(x=背面朝上) = 0.5
那么二项分布和伯努利概型有什么关系呢?二项分布实际上就是做n次独立的伯努利试验。比如我们扔10次硬币,这就是一个n=10的二项分布,这10次扔硬币的结果可能是10次都是正面朝上,也有可能是9次正面朝上,1次背面朝上,也有可能是8次正面朝上,2次背面朝上,以此类推,直至10次都是背面朝上。10次都是正面朝上的概率是多少?9次正面朝上,1次背面朝上的概率又是多少?这是我们关心的问题。很明显,这个概率和每一次正面朝上的概率和背面朝上的概率相关。注意二项分布在这里不考虑结果出现的先后次序,也就是说前8次是正面朝上,后2次是反面朝上,与第1次是反面朝上,然后是8次是正面朝上,*后1次又是反面朝上的情况,我们认为是等价的,都是8次正面朝上,2次背面朝上。
对于二项分布,我们有如下的概率公式:
这里p和q的含义和我们前面说的是一样的,也就是单次伯努利试验中的概率,n指的是我们所做的试验的总次数,k就是总次数中有k次是出现结果1,所以相应地就会有(n-k)次出现结果2。这里是组合的标记。
其中n!表示n的阶乘,等于1×2×3×…×n。
我们这里用组合而不是排列,就是因为我们二项分布不考虑结果出现的先后次序,也就是与次序无关。
应用上面的公式,我们可以计算出比如10次扔硬币中,出现三次正面朝上的概率:
提出伯努利概型的雅各布·伯努利是生活在十七世纪的*瑞士数学家。他和他的弟弟——同是*数学家的约翰·伯努利——之间的相爱相杀是数学界广为流传的轶事,我们将来有空再介绍。
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