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【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理


前言:

个人学习笔记,由于是国外教材,所以翻译的数学名词可能与国内教材上的有些许出入。

目录


​​前言:​​

​​0x00 概率的定义​​

​​0x02 概率的基本性质​​

​​0x03 概率公理化(axiomatic probability)​​

​​0x04 几何概率(geometric probability)​​

0x00 概率的定义

概率(probability)

一场概率实验中,某事件发生A的可能性程度,0 和 1 之间表示的实数值,称为概率(probability)。

通常以以下三种方式定义概率:

① 数学性概率(事件概率)

② 统计性概率(事件概率)

③ 公理性概率

数学性概率(mathematical probablity)

假设概率实验中所有的结果都有相同的概率,如将样本空间 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥

 中样本点个数标记为 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_02

 个。 A 中的样本点的数记为 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_03

 个。

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_04

我们称之为 —— 事件A的数学性概率(必须有限)

统计性概率(law of large number)

一场概率实验反复施行

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_02

 次,发生事件 A 的次数为

 时,事件A 称为相对频率(relative frequency):

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_06

 (事件A发生的次数 / 实验总次数)

缺陷:统计概率因实验次数而异。

大数法则(law of large number)

随着概率试验次数的增加,统计概率愈趋近于数学概率:

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_07

   

Example1:

(1)求1次抛硬幣正面朝上(記為H)的概率。

(2)通過抛10000次硬幣獲得如下結果,在此結果的基礎上計算出正面(H)出現的概率。

10000次,正面5017次,反面4983次

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_08

(1)    

             

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_09

(2)    

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_10

Example2:

投幣三次,是正面的次數 i 為事件 Ai(i=0,1,2,3) 時,求該事件的概率。

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_08

      

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_12

      

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_13

      

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【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_15

      

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_16

      

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_17

      

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【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_19

Example3:

连续抛两次骰子,第一次抛时出现的点数是3的倍数记为事件A,
第二次抛时出现的点数是3的倍数时记为事件B。
分别求出 P(A) 和 P(A∩B)

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_08

(3,3), (3,4), (3,5), (3,6),

(6,3), (6,4), (6,5), (6,6)

(3,3), (3,6),

(6,3), (6,6) }

      A ∩ B = { (3,3), (3,6), (6,3), (6,6)

      

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_21

      

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_22

0x02 概率的基本性质

理论:

对于下列AB事件,如下性质成立:

①    

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_23

②    

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_样本空间_24

③    

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④    

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_26

    ⑤    如果 A 和 B 互斥,

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_27

⑥    如果 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_28

 , 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_29

⑥    如果 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_28

 , 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_31

  

对于下列ABC事件 ,以下性质成立:

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_32

0x03 概率公理化(axiomatic probability)

标准空间 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥

 定义所有事件的汇集 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_34

时,如果集合 【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_35上定义的函数 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_36

满足以下三大公理

(A1)对于所有 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_37

, 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_38

我们所有的研究都是建立在概率是非负数的前提下的

(A2)

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_39

所有可能的概率为1

(A3)对于两两互斥事件 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_40

   

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_41

如果事件互斥,它们交的概率为它们各自的概率之和

 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_42

 在 【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_35上定义的 概率函数(probability function)或 概率测度(probability measure)、

 为事件A的 概率(probability)。 此时 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_44

 称作 概率空间(probability space)。

0x04 几何概率(geometric probability)

向某一可度量的区域内投一质点,如果所投的点落在门中任意区域 g 内的可能性大小与 g 的度量成正比,而与 g 的位置和形状无关,则称这个随机试验为几何型随机试验或几何概型,此处的度量就是测度,一维指长度,二维指面积,三维指体积等。

标本空间 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥

 为非加算集合时,如果标准空间中的长度、面积和体积是有限的,被给予几何形测度 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_互斥_46

 时,事件A的概率定义如下:

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率论_47

 此时 

【概率论基础】Probability | 数学性概率 | 统计性概率 | 几何概率 | 概率论三大公理_概率函数_42

 满足概率函数的三大公理 (A1)(A2)(A3)

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