تابع چگالی احتمال

در آمار و احتمال، به بیان ساده، تابعِ چگالیِ احتمالِ یک متغیر تصادفی پیوسته به تابعی گفته می‌شود که انتگرال آن در هر بازهٔ معین، برابر با احتمال قرار داشتن متغیر تصادفی در آن بازه است.[۱]

بنابراین، احتمال این‌که یک متغیر تصادفی پیوسته، یک مقدار معیّن اختیار کند، صفر است.

مقدار تابع چگالی احتمال همواره غیرمنفی است.

توزیع پیوسته یک‌متغیره

تابع توزیع نرمال N(0, σ2).

احتمال آنکه متغیر تصادفی X در بازه [a,b] واقع شود از رابطهٔ زیر بدست می‌آید:[۲]

همچنین کل مساحت زیر نمودار برابر است با ۱؛ یعنی:

در نتیجه تابع توزیع تجمعی را می‌توان به صورت زیر نوشت:

و اگر f تابعی پیوسته باشد:

تعریف

متغیر تصادفی X را در نظر بگیرید که مقدار آن در فضای اندازه تعریف شده و توزیع احتمال آن اندازه XP در است، آنگاه چگالی X نسبت به اندازه مرجع μ در بواسطه مشتق رادون−نیکودیم به شکل زیر تعریف می‌شود:

به عبارت دیگر، به ازای هر مجموعه اندازه‌پذیر ، f می‌تواند هر تابع قابل اندازه‌گیری با ویژگی زیر باشد:

برخلاف احتمالی که به یک متغیر تصادفی گسسته نسبت داده می‌شود، تابع چگالی احتمال می‌تواند مقادیر بیشتر از یک را نیز اختیار کند. به‌طور مثال توزیع یکنواخت در بازه [۱/۲ ،۰] چگالی احتمالی f(x) = ۲ برای ۰ ≤ x ≤ ½ دارد و f(x) = ۰ برای خارج این بازه دارد با داشتن تابع چگالی احتمالی متغیر تصادفی X می‌توان مقدار امید ریاضی آن را به شکل زیر محاسبه کرد:

چند روش محاسبه

از روش‌های بدست آوردن تابع چگالی احتمالی متغیر تصادفی X مشتق‌گیری از تابع توزیع تجمعی (FX(x آن است و که به صورت زیر تعریف می‌شود

یک روش دیگر برای بدست آوردن تابع چگالی احتمالی متغیر تصادفی X تخمین مقدار آن در یک بازه کوچک مانند : است.

یا به عبارت دیگر

:

رابطه بین توزیع‌های گسسته و پیوسته

می‌توان بعضی از متغیرهای تصادفی گسسته را نیز با استفاده از تابع چگالی احتمالی توصیف کرد. به‌طور مثال برای متغیر تصادفی که دو مقدار ۱ و -۱ را هر کدام با احتمال ۱/۲ می‌گیرد، می‌توان چگالی احتمال زیر را نسبت داد

به‌طور کلی اگر متغیر تصادفی n مقدار حقیقی را اختیار کند می‌توان تابع چگالی احتمال آن را به این شکل نوشت

که مقادیر x1, …, xn مقادیری هستند که متغیر تصادفی X با احتمال p1, …, pn اختیار می‌کند..

چگالی احتمال توابع چندمتغیره

برای متغیرهای تصادفی همچنین می‌توان یک تابع چگالی چندمتغیره تعریف کرد که به تمامی ""ها بستگی داشته باشد که به آن تابع چگالی احتمال مشترک (توأم) گویند. این تابع چگالی تابع چگالی متغیره نام دارد به‌طوری‌که به ازای هر فضای احتمال "" بعدی "" از متغیرهای تصادفی احتمال اینکه این دسته متغیرها در "" قرار بگیرند، به صورت زیر است:

اگر(F(x1, …, xn) = Pr(X1x1, …, Xnxn باشد، به آن توزیع تجمعی احتمال بردار (X1, …, Xn) گوییم که در آن صورت توزیع چگالی احتمال توأم از طریق مشتق‌گیری از آن بدست می‌آید:

چگالی توزیع حاشیه‌ای

(fXi(xi به ازای i=۱، ۲، …,n چگالی توزیع حاشیه‌ای می‌گوییم که فقط تابع Xi است. می‌توان آن را از طریق انتگرال‌گیری از توزیع تجمعی نسبت به n-1 متغیر دیگر بدست آورد.

استقلال

تابع توزیع مشترک n متغیره X1, …, Xn مستقل از تک تک آن‌ها مستقل است اگر و تنها اگر:

نتیجه فرعی

اگر بتوان تابع توزیع مشترک یک بردار n تایی را به صورت حاصلضرب n تابع تک متغیره نوشت

(لزومی ندارد که هر fi یک چگالی احتمال باشد) در آن صورت n متغیر از یکدیگر مستقل هستند و چگالی توزیع احتمال هریک به صورت زیر محاسبه می‌شود:

مثال

این مثال ابتدایی حالت ساده دو متغیره از تعریف تابع چکالی احتمال چند متغیره است. فرض کنید فضای یک فضای دو متغیره با بردار مختصات (X, Y) است. احتمال اینکه در کنج مثبت باشد، اینگونه است:

جمع دو متغیر تصادفی مستقل

تابع چگالی احتمال دو متغیر مستقل U و V، که هر یک دارای یک تابع چگالی احتمالند، کانولوشن تابع چگالی تک تک آن هاست:

می‌توان رابطه بالا را به N متغیر مستقل، با چگالی‌های U1, …, UN تعمیم داد:

متغیرهای وابسته و تغییر متغیر

اگر تابع چگالی احتمال متغیر تصادفی X به صورت (fX(x داده شده باشد، می‌توان (ولی معمولاً غیرضروری است، زیر را مشاهده کنید) تابع چگالی احتمال متغیری مانند (Y = g(X را محاسبه کرد. به این کار «تغییر متغیر» می‌گویند و در عمل برای تولید متغیر تصادفی با شکل دلخواه fg(X) = fY با استفاده از مولد عدد تصادفی شناخته شده (برای مثال یکنواخت)، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اگر تابع g یکنواخت باشد، در آن صورت تابع چگالی حاصل به صورت زیر است:

در اینجا منظور از g−1، تابع معکوس و منظور از 'g، تابع مشتق است.

این به دنبال این حقیقت ناشی می‌شود که احتمال در ناحیه مشتق‌گیری تحت تأثیر تغییر متغیر، باید ثابت بماند. یعنی:

یا

برای توابعی که یکنواخت نیستند، تابع چگالی احتمال "y" به صورت زیر است:

که در آن (n(y تعداد جواب‌های "x" برای رابطه g(x) = y و (g−1k(yها همان جواب‌ها هستند.

حال وسوسه انگیز است که در مورد امید ریاضی((E(g(X نیز بیندیشیم. به این منظور ابتدا باید چگالی احتمال(fg(X را برای متغیر تصادفی جدید (Y = g(X بیابیم. به جای محاسبه

بهتر است.

را محاسبه کرد.

دو انتگرال در تمامی شرایط در حالی که X و (g(X دارای تابع توزیع چگالی باشند، جواب یکسانی دارند. هیچ الزامی وجود ندارد که تابع g یک تابع یک به یک باشد. برخی مواقع انتگرال دوم، بسیار راحت تر از اولی قابل محاسبه است.

متغیرهای چندگانه

فرمول بالا را می‌توان به متغیرهایی (که آن‌ها را دوباره y می‌نامیم) وابسته به چند متغیر تصادفی تعمیم داد. (f(x0, x1, …, xm−1 را می‌توان به عنوان تابع چگالی احتمال y در نظر گرفت که به آن‌ها وابسته است که این وابستگی به صورت y = g(x0, x1, …, xm−1) است. در نتیجه تابع چگالی به صورت زیر بدست می‌آید:

که در آن انتگرال روی m-1 بعد است و باید dV را متناسب با این انتگرال جایگزین کرد. متغیرهای تصادفی x0, x1, …, xm−1 بالطبع توابعی از این پارامتریزه کردن‌ها هستند.

شاید بصری به نظر برسد، ولی این ناشی از مطلب زیر است: فرض کنید 'x' یک متغیر تصادفی n-بعدی با تابع چگالی احتمال f است. اگر y = H(x) و H تابعی دوسویه و تشخیص پذیر باشد، y دارای چگالی احتمال g است:

که مشتق در نظر گرفته شده، ماتریس ژاکوبی معکوس تابع H نسبت به y است.

با استفاده از تابع دلتا، (و فرض بر استقلال) جواب یکسانی به صورت زیر بدست می‌آید.

اگر تابع چگالی احتمال متغیرهای تصادفی مستقل Xi, i = ۱, ۲, …n به صورت (fXi(xi داده شده باشند، می‌توان تابع چگالی احتمال متغیرهایی مانند (Y = G(X1, X2, …Xn را حساب کرد. فرمول زیر ارتباطی بین تابع چگالی احتمال y که با (fY(y نشان می‌دهیم و (fXi(xi با استفاده از تابع دلتای دیراک برقرار می‌کند:

منابع

  1. Grinstead, Charles M.; Snell, J. Laurie (2009). "Conditional Probability - Discrete Conditional" (PDF). Grinstead & Snell's Introduction to Probability. Orange Grove Texts. ISBN 1-61610-046-X. Archived from the original (PDF) on 18 July 2019. Retrieved 2019-07-25.
  2. Probability distribution function PlanetMath بایگانی‌شده در ۲۰۱۱-۰۸-۰۷ توسط Wayback Machine
  • Probability and Statistics in Engineering And Management Science, William W. Hines, Douglas C. Montgomery, Third Edition, John Wiley and Sons, 1990, ISBN 0-471-60090-3.

Read other articles:

  Negara Uni Eropa.   Seluruh maskapai dilarang.   Beberapa maskapai dilarang.   Beberapa maskapai dilarang dan lainnya dibatasi serta diatur Annex B.   Beberapa maskapai dibatasi dan diatur Annex B. Berikut adalah daftar maskapai penerbangan yang dilarang di Uni Eropa. Komisi Eropa telah, melalui Regulasi Komisi (EC) No 474/2006 tanggal 26 Maret 2006, menetapkan daftar maskapai penerbangan yang dilarang di UE (sebuah daftar hitam). Berisi sem...

 

У этого термина существуют и другие значения, см. Ивановский. ПосёлокИвановский 51°23′20″ с. ш. 45°31′32″ в. д.HGЯO Страна  Россия Субъект Федерации Саратовская область Городской округ город Саратов История и география Основан 1910 Часовой пояс UTC+4:00 Население Населе

 

Stephen K. Benjamin Stephen Keith Benjamin (lahir 1 Desember 1969) adalah seorang politikus dan pengusaha Amerika Serikat yang menjabat sebagai walikota Columbia, Carolina Selatan ke-36 sejak Juli 2010. Ia adalah walikota Afrika Amerika pertama dalam sejarah kota tersebut. Pranala luar Wikimedia Commons memiliki media mengenai Stephen K. Benjamin. Official website Kemunculan di C-SPAN

Pour les articles homonymes, voir Jablanica. Cet article est une ébauche concernant la Serbie et la géographie. Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant (comment ?) selon les recommandations des projets correspondants. Jablanica Administration Pays Serbie Villesou municipalités LeskovacBojnikLebaneMedveđaVlasotinceCrna Trava Démographie Population 215 463 hab. (2011) Densité 78 hab./km2 Géographie Coordonnées 43° 00′ nord, 21° 57...

 

Shire of Bridgetown-Greenbushes Local Government Area van Australië Locatie van Shire of Bridgetown-Greenbushes in West-Australië Situering Staat West-Australië Hoofdplaats Bridgetown Coördinaten 33°57'29ZB, 116°8'28OL Algemene informatie Oppervlakte 1691[1] km² Inwoners 5.238 (2021)[2] Overig Wards 2[3] Website (en) SBG Portaal    Australië Shire of Bridgetown-Greenbushes is een Local Government Area (LGA) in de regio South West in West-Australië. S...

 

此條目没有列出任何参考或来源。 (2022年12月2日)維基百科所有的內容都應該可供查證。请协助補充可靠来源以改善这篇条目。无法查证的內容可能會因為異議提出而被移除。 碧血長天The Longest Day電影美版海報基本资料导演肯·安納金Andrew Marton(英语:Andrew Marton)Bernhard Wicki(英语:Bernhard Wicki)Gerd Oswald(英语:Gerd Oswald)(未掛名)大利·柴納克(英语:Darryl F. Zanuck)(未...

هذه المقالة يتيمة إذ تصل إليها مقالات أخرى قليلة جدًا. فضلًا، ساعد بإضافة وصلة إليها في مقالات متعلقة بها. (أبريل 2019) أليخاندرو سانتو دومينغو (بالإسبانية: Alejandro Santo Domingo Dávila)‏  معلومات شخصية الميلاد 13 فبراير 1977 (46 سنة)  نيويورك  مواطنة الولايات المتحدة كولومبيا  الأب

 

This template was considered for deletion on 2018 December 10. The result of the discussion was Do not merge/Split. Football Template‑class Association football portalThis template is within the scope of WikiProject Football, a collaborative effort to improve the coverage of Association football on Wikipedia. If you would like to participate, please visit the project page, where you can join the discussion and see a list of open tasks.FootballWikipedia:WikiProject FootballTemplate:WikiProje...

 

Pour les articles homonymes, voir Vermeulen. Cet article est une ébauche concernant l’aviron et une personnalité néerlandaise. Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant (comment ?) selon les recommandations des projets correspondants. Gijs Vermeulen Contexte général Sport aviron Biographie Nom dans la langue maternelle Gijsbert Theodor Vermeulen Nationalité sportive Pays-Bas Nationalité Royaume des Pays-Bas Naissance 7 mai 1981 (42 ans) Lieu de naissance Ams...

Russian legislative constituency Jewish single-member constituency Constituency of the Russian State DumaDeputyAlexander PetrovUnited RussiaFederal subjectJewish Autonomous OblastDistrictsBirobidzhan, Birobidzhansky, Leninsky, Obluchensky, Oktyabrsky, SmidovichskyOther territoryLatvia (Liepāja)[1]Voters124,504 (2021)[2] The Jewish Constituency (No.220[a]) is a Russian legislative constituency in the Jewish Autonomous Oblast. It is the only legislative constituency in ...

 

American neurologist, skeptic (b. 1964) Steven NovellaNovella in 2013BornSteven Paul Novella (1964-07-29) July 29, 1964 (age 59)Danbury, Connecticut, U.S.Alma materGeorgetown UniversityKnown for Editor of Science-Based Medicine Host of The Skeptics' Guide to the Universe podcast Scientific careerFieldsClinical neurologyInstitutionsYale School of Medicine Medical careerProfessionNeurologySub-specialtiesBotulinum therapy, ALS/myasthenia gravis and neuromuscular disorders, general...

 

This article relies excessively on references to primary sources. Please improve this article by adding secondary or tertiary sources. Find sources: Conflict tactics scale – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (June 2015) (Learn how and when to remove this template message) The conflict tactics scale (CTS), created by Murray A. Straus in 1979,[1] is used in the research of family violence.[2] There are two versions of the CTS; t...

This article's tone or style may not reflect the encyclopedic tone used on Wikipedia. See Wikipedia's guide to writing better articles for suggestions. (October 2016) (Learn how and when to remove this template message) Battle of DholpurPart of Rajput-Afghan warsDate1519LocationDholpurResult Rajput victoryTerritorialchanges The boundaries of Rana Sanga's military influence came to extend within striking distance of Agra. Chanderi bestowed to Medini Rai.[1]Belligerents Kingdom of Mewar...

 

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Newburgh Free Academy – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (March 2007) (Learn how and when to remove this template message) Public school in Newburgh, NY, United StatesNewburgh Free AcademyNFASchool viewed from northeast corner, 2007Address201 Fullert...

 

Mexican actress (born 1988) In this Spanish name, the first or paternal surname is Boyer and the second or maternal family name is Rousseau. Angelique BoyerBoyer in 2014BornAngélique Monique-Paulette Boyer (1988-07-04) 4 July 1988 (age 35)Saint-Claude, Jura, FranceCitizenshipFranceMexicoOccupationActressYears active2004–presentPartnerSebastián Rulli (2014–present) Angelique Monique-Paulette Boyer Rousseau[1][2][3] (born 4 July 1988),[4] ...

Saint Nicholas in GloryArtistLorenzo LottoYear1527–1529MediumOil on canvasDimensions335 cm × 188 cm (132 in × 74 in)LocationSanta Maria dei Carmini, Venice Saint Nicholas in Glory is an altarpiece painting by Italian Renaissance artist Lorenzo Lotto, executed in 1527-1529 and located in the church of Santa Maria dei Carmini, Venice. History An inscription at the altar's base reports that the canvas was commissioned in 1527 by the guardiano (curato...

 

Town in Pahang, Malaysia Town in Pahang Darul Makmur, MalaysiaSungai LembingTownOther transcription(s) • Jawiسوڠاي لمبيڠ‎ • Chinese双溪林明 (Simplified)雙溪林明 (Traditional) • Japaneseスンガイ・レンビンSungai Lembing downtownEtymology: Malay: Sungai Lembing (spear river)Nickname(s): El Dorado of the East,[1] 林明山 (Lembing Hills in Chinese)[2]Sungai LembingShow map of MalaysiaSungai LembingShow...

 

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Face of Fact – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (June 2023) (Learn how and when to remove this template message) 2006 single by Kotoko and Mami KawadaBaldr Force EXE Resolution OVA OP/ED singleFace of Fact (Resolution Ver.)Single by Kotoko and Mami K...

Corredor Ecológico RetamarSituaciónPaís España EspañaComunidad Madrid MadridCiudad cercana MadridDatos generalesAdministración Comunidad de MadridGrado de protección Sin protecciónFecha de creación mes de añoLegislación [http://]N.º de localidades 5Superficie 2500 haSitio web oficial[editar datos en Wikidata] El Corredor Ecológico de los Arroyos y Retamares del Suroeste de Madrid (entre Casa de Campo y el Parque Regional del ...

 

此條目可参照英語維基百科相應條目来扩充。 (2022年3月22日)若您熟悉来源语言和主题,请协助参考外语维基百科扩充条目。请勿直接提交机械翻译,也不要翻译不可靠、低品质内容。依版权协议,译文需在编辑摘要注明来源,或于讨论页顶部标记{{Translated page}}标签。 此條目翻譯品質不佳。 (2021年10月28日)翻譯者可能不熟悉中文或原文語言,也可能使用了機器翻譯。請協助翻...

 

Strategi Solo vs Squad di Free Fire: Cara Menang Mudah!