离散概率论

发布时间 2023-07-31 10:53:48作者: 星河倒注

起源:

有两个赌徒,7局4胜,赢了的获得1000元。结果只进行了一半就不得已结束。甲赢了3局,乙赢了1局,怎么分钱?

最公平的分发就是按获胜的概率分,如果继续进行,甲有87.5%的概率获胜,分得875元,乙分得125元。

这是最初的概率,但是生活中概率有很多滥用:降水概率(频率),色子(概率),硬币(概率),新冠感染率(频率)。

所以有必要先区分一下概率。

频率和概率

频率是指发生的次数比上总次数。
概率是一个系统决定的先验。

通俗一点就是概率是确定的,而频率是计算得来的。

事件与概率(不严谨)

经典概率论:概率是事件发生的可能性大小。(其实这是不严谨的)
为什么不严谨?
因为没有数学名词,都是用的生活词汇。
先来看看经典概率论:
事件分为:

  • 1.确定时间(结果唯一)
  • 2.随机事件(结果不唯一)
    而确定事件又分为:
  • 1.必然事件
  • 2.不可能事件
    我们把事件记作A,概率记作P(A)
    若果A是必然事件,那么P(A)=1;
    若果A是不可能事件,那么P(A)=0
    反过来,下面的式子还对吗?也就是说等价吗?
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    我们考虑这样一个问题。我现在有一个圆,投中圆心的概率是多少?

是圆心的面积除以圆的面积。圆有面积,可是圆心没有,也就是概率为0.但是显然可以投中圆心,所以上文的式子是错的。这就可以再次证明经典概率论是不严谨的。
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我们只能知道0<=P(A)<=1

新的概率

首先我们有必要知道一些前置定义。

基本事件空间:

事件所有可能的结果的集合
ps:集合,终于出现数学语言了。

古典概型:

古典概型:基本事件空间元素有限,每种情况等可能发生。
在古典概型下:P(A)=A包含的情况个数/所有情况个数。古典概型的限制是

  • 1.受限于基本事件空间,情况要有限。
  • 2.每种情况要等可能
    举个例子,抛硬币正面向上的概率。
    你会说50%。
    可是有没有可能立在桌子上,这样到底算不算正面呢。
    发现问题了吗?我既没有定义基本事件空间,也没有说怎么算正面向上。

几何概型:

几何概型:基本事件空间情况无穷多,概率正比于事件的几何测度。
给一个例子:
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小圆的半径是r,大圆的是R那么投中小圆里的概率是多少。

显然P(A)是r的平方除以R的平方(原谅Latex手残党),这个时候古典概型就无能为力。

几何概型的优势就是能解决一些看着很巧妙,但实际很难处理的问题。

比如下面的问题:
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给定一个长度为1的棍子,分成3份,问这三份正好可以围成三角形的概率。
首先我们来刻画这个时间,设第一段的长度为x,第二段为y,第三段为1-x-y那么根据两边之和大于第三边可以列出三个要求。
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那么基本事件空间呢,就是这三者要小于1。
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实际上这两个不等式组都是对x,y的限制,我们把x,y当成坐标轴,粉色的三角形就是基本事件空间,蓝的则是围成三角形的基本事件。
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虽然解的结果x是取不到1/2的,但是这一条边可以忽略不计。

现代概率论

首先对于基本事件空间:

  • 1.不用等可能
  • 2.可以无限,也可以有限

事件域:

在事件域中可以谈论概率。
它满足:

  • 1.是基本事件空间的子集
  • 2.全集在事件域里
  • 3.若A在事件域里,A的补集也在事件域里
  • 4.若A,B在事件域里,A和B的并集也在事件域里
  • 5.事件域不一定是唯一的

什么是概率:

概率(P)是$\Omega $上的一个测度,满足:
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现在我们再来看几何概型:
只要让$\Omega $无限比如实数集,它也就是一个测度。

测度的限制

  • 1.单调性,A是B的子集P(A)<=P(B)
  • 2.次可列可加性:
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