Википедия

Распределение Гаусса

Норма́льное распределе́ние, также называемое распределением Гаусса или Гаусса — Лапласа, или колоколообразная кривая — непрерывное распределение вероятностей с пиком в центре и симметричными боковыми сторонами, которое в одномерном случае задаётся функцией плотности вероятности, совпадающей с функцией Гаусса:

Нормальное распределение
image
Зеленая линия соответствует стандартному нормальному распределениюПлотность вероятности
image
Цвета на этом графике соответствуют графику наверхуФункция распределения
Обозначение
Параметры μ — коэффициент сдвига (вещественный)
σ > 0 — коэффициент масштаба (вещественный, строго положительный)
Носитель
Плотность вероятности
Функция распределения
Математическое ожидание
Медиана
Мода
Дисперсия
Коэффициент асимметрии
Коэффициент эксцесса
Дифференциальная энтропия
Производящая функция моментов
Характеристическая функция
,
где параметр  — математическое ожидание (среднее значение), медиана и мода распределения, а параметр  — среднеквадратическое отклонение,  — дисперсия распределения.

Таким образом, одномерное нормальное распределение является двухпараметрическим семейством распределений, которое принадлежит экспоненциальному классу распределений. Многомерный случай описан в статье «Многомерное нормальное распределение».

Стандартным нормальным распределением называется нормальное распределение с математическим ожиданием и стандартным отклонением

Общие сведения

Если величина является суммой многих случайных слабо взаимозависимых величин, каждая из которых вносит малый вклад относительно общей суммы, то центрированное и нормированное распределение такой величины при достаточно большом числе слагаемых стремится к нормальному распределению.

Это следует из центральной предельной теоремы теории вероятностей. В окружающем нас мире часто встречаются величины, значение которых определяется совокупностью многих независимых факторов. Этот факт, а также то, что распределение считалось типичным, обычным, привели к тому, что в конце XIX века стал использоваться термин «нормальное распределение». Нормальное распределение играет заметную роль во многих областях науки, например в математической статистике и статистической физике.

Случайная величина, имеющая нормальное распределение, называется нормальной, или гауссовской, случайной величиной.

Определения

Стандартное нормальное распределение

Наиболее простой случай нормального распределения — стандартное нормальное распределение — частный случай, когда image и image Его плотность вероятности равна:

image

Множитель image в выражении обеспечивает условие нормировки интеграла image. Поскольку множитель image в экспоненте обеспечивает дисперсию равную единице, то и стандартное отклонение равно 1. Функция симметрична в точке image её значение в ней максимально и равно image Точки перегиба функции: image и image

Гаусс называл стандартным нормальным распределение с image то есть:

image

Нормальное распределение с параметрами μ, σ

Каждое нормальное распределение — это вариант стандартного нормального распределения, область значений которого растягивается множителем image (стандартное отклонение) и переносится на image (математическое ожидание):

image

image являются параметрами нормального распределения. Плотность вероятности должна нормироваться image так что интеграл равен 1.

Если image — стандартная нормальная случайная величина, то величина image будет иметь нормальное распределение с математическим ожиданием image и стандартным отклонением image Наоборот, если image — нормальная величина с параметрами image и image то image будет иметь стандартное нормальное распределение.

Если в экспоненте плотности вероятности раскрыть скобки и учитывать, что image, то:

image

Таким образом, плотность вероятности каждого нормального распределения представляет собой экспоненту квадратичной функции:

image
где image

Отсюда можно выразить среднее значение как image а дисперсию как image Для стандартного нормального распределения image image и image

Обозначение

Плотность вероятности стандартного нормального распределения (с нулевым средним и единичной дисперсией) часто обозначается греческой буквой image (фи). Также достаточно часто используется альтернативное начертание греческой буквы фи image.

Нормальное распределение часто обозначается image или image. Если случайная величина image распределена по нормальному закону со средним image и вариацией image то пишут:

image

Функция распределения

Функция распределения стандартного нормального распределения (нормальное интегральное распределение) обычно обозначается заглавной греческой буквой image (фи), в России называется функцией Лапласа и представляет собой интеграл:

image

С ней связана функция ошибок (интеграл вероятности) image дающий вероятность того, что нормальная случайная величина со средним 0 и вариацией 1/2 попадёт в отрезок image:

image

Эти интегралы не выражаются в элементарных функциях и называются специальными функциями. Многие их численные приближения известны. См. ниже.

Функции связаны, в частности, соотношением:

image.

Нормальное распределение с плотностью image средним image и отклонением image имеет следующую функцию распределения:

image

Можно использовать функцию image — она даст вероятность того, что значение стандартной нормальной случайной величины image больше или равно image:

image.

График стандартной нормальной функции распределения image имеет 2-кратную вращательную симметрию относительно точки (0;1/2), то есть image Её неопределенный интеграл равен:

image

Функция распределения стандартной нормальной случайной величины может быть разложена с помощью метода интегрирования по частям в ряд:

image

где знак image означает двойной факториал.

Асимптотическое разложение функции распределения для больших image может быть также произведено интегрированием по частям.

Стандартное отклонение

image
Правило 68-95-99,7.
Для нормального распределения количество значений, отличающихся от среднего на число, меньшее чем одно стандартное отклонение, составляют 68,27 % выборок. В то же время количество значений, отличающиеся от среднего на два стандартных отклонения, составляют 95,45 %, а на три стандартных отклонения — 99,73 %.

Около 68 % значений из нормального распределения находятся на расстоянии не более одного стандартного отклонения σ от среднего; около 95 % значений лежат на расстоянии не более двух стандартных отклонений; и 99,7 % не более трёх. Этот факт является частным случаем правила 3 сигм для нормальной выборки.

Более точно, вероятность получить нормальное число в интервале между image и image равна:

image
image

С точностью до 12 значащих цифр значения для image приведены в таблице:

image image image image OEIS
1 0,682689492137 0,317310507863
3,15148718753
A178647
2 0,954499736104 0,045500263896
21,9778945080
A110894
3 0,997300203937 0,002699796063
370,398347345
A270712
4 0,999936657516 0,000063342484
15787.1927673
5 0,999999426697 0,000000573303
1744277,89362
6 0,999999998027 0,000000001973
506797345,897

Свойства

Моменты

Моментами и абсолютными моментами случайной величины image называются математические ожидания случайных величин image и image соответственно. Если математическое ожидание случайной величины image то эти параметры называются центральными моментами. В большинстве случаев представляют интерес моменты для целых image

Если image имеет нормальное распределение, то для неё существуют (конечные) моменты при всех image с действительной частью больше −1. Для неотрицательных целых image центральные моменты таковы:

image

Здесь image — натуральное число, а запись image означает двойной факториал числа image то есть (поскольку image в данном случае нечётно) произведение всех нечётных чисел от 1 до image

Центральные абсолютные моменты для неотрицательных целых image таковы:

image

Последняя формула справедлива также для произвольных image.

Преобразование Фурье и характеристическая функция

Преобразование Фурье нормальной плотности вероятности image с математическим ожиданием image стандартным отклонением image равно:

image
где image есть мнимая единица.

Если математическое ожидание image то первый множитель равен 1, и преобразование Фурье, с точностью до константы есть нормальная плотность вероятности на частотных интервалах, с математическим ожиданием равным 0 и стандартным отклонением image В частности, стандартное нормальное распределение image есть собственная функция от преобразования Фурье.

В теории вероятности, преобразование Фурье плотности распределения действительной случайной величины image близко связано с характеристической функцией image этой величины, которая определена как математическое ожидание от image и является функцией вещественной переменной image (частотный параметр преобразования Фурье). Определение может быть распространено и на комплексную переменную image. Соотношение записывается так:

image

Бесконечная делимость

Нормальное распределение является бесконечно делимым.

Если случайные величины image и image независимы и имеют нормальное распределение с математическими ожиданиями image и image и дисперсиями image и image соответственно, то image также имеет нормальное распределение с математическим ожиданием image и дисперсией image

Отсюда вытекает, что нормальная случайная величина представима как сумма произвольного числа независимых нормальных случайных величин.

Максимальная энтропия

Нормальное распределение имеет максимальную дифференциальную энтропию среди всех непрерывных распределений, дисперсия которых не превышает заданную величину.

Правило трёх сигм для гауссовской случайной величины

image
График плотности вероятности нормального распределения и процент попадания случайной величины на отрезки, равные среднеквадратическому отклонению.

Правило трёх сигм (image) — практически все значения нормально распределённой случайной величины лежат в интервале:

image
где image — математическое ожидание и параметр нормальной случайной величины.

Более точно — приблизительно с вероятностью 0,9973 значение нормально распределённой случайной величины лежит в указанном интервале.

Моделирование нормальных псевдослучайных величин

При компьютерном моделировании, особенно при применении метода Монте-Карло, желательно использовать величины, распределенные по нормальному закону. Многие алгоритмы дают стандартные нормальные величины, так как нормальную величину image можно получить как:

image
где Z — стандартная нормальная величина.

Алгоритмы также используют различные преобразования равномерных величин. Простейшие приближённые методы моделирования основываются на центральной предельной теореме. Если сложить достаточно большое количество независимых одинаково распределённых величин с конечной дисперсией, то сумма будет иметь распределение, близкое к нормальному. Например, если сложить 100 независимых стандартно равномерно распределённых случайных величин, то распределение суммы будет приближённо нормальным.

Для программного генерирования нормально распределённых псевдослучайных величин предпочтительнее использовать преобразование Бокса — Мюллера. Оно позволяет генерировать одну нормально распределённую величину на базе одной равномерно распределённой.

Также существует алгоритм Зиккурат, который работает даже быстрее преобразования Бокса — Мюллера. Он сложнее в реализации, но его применение оправдано в случаях, когда требуется генерирование очень большого числа неравномерно распределённых случайных чисел.

Нормальное распределение в природе и приложениях

Нормальное распределение часто встречается в природе. Например, следующие случайные величины хорошо моделируются нормальным распределением:

  • отклонение при стрельбе;
  • погрешности измерений (однако погрешности некоторых измерительных приборов имеют иное распределение);
  • некоторые характеристики живых организмов в популяции.

Такое широкое распространение этого распределения связано с тем, что оно является бесконечно делимым непрерывным распределением с конечной дисперсией. Поэтому к нему в пределе приближаются некоторые другие, например биномиальное и пуассоновское. Этим распределением моделируются многие недетерминированные физические процессы.

Многомерное нормальное распределение используется при исследовании многомерных случайных величин (случайных векторов). Одним из многочисленных примеров таких приложений является исследование параметров личности человека в психологии и психиатрии.

Связь с другими распределениями

  • Нормальное распределение является распределением Пирсона типа XI.
  • Отношение пары независимых стандартных нормально распределенных случайных величин имеет распределение Коши. То есть, если случайная величина image представляет собой отношение image (где image и image — независимые стандартные нормальные случайные величины), то она будет обладать распределением Коши.
  • Если image — совместно независимые стандартные нормальные случайные величины, то есть image то случайная величина image имеет распределение хи-квадрат с k степенями свободы.
  • Если случайная величина image подчинена логнормальному распределению, то её натуральный логарифм имеет нормальное распределение. То есть, если image то image И наоборот, если image то image
  • Если image независимые нормально распределенные случайные величины с математическими ожиданиями image и дисперсиями image то их выборочное среднее независимо от выборочного стандартного отклонения, а отношение следующих двух величин будет иметь t-распределение с imageстепенями свободы:
image
  • Если image image независимые стандартные нормальные случайные величины, то отношение нормированных сумм квадратов будет иметь распределение Фишера с (image image) степенями свободы:
image
  • Отношение квадратов двух стандартных нормальных случайных величин имеет распределение Фишера со степенями свободы image

История

Впервые нормальное распределение как предел биномиального распределения при image появилось в 1738 году во втором издании работы Муавра [англ.]. Это было первое доказательство частного случая центральной предельной теоремы. В 1809 году Гаусс в сочинении «Теория движения небесных тел» ввёл это распределение как возникающее в результате многократных измерений движения небесных тел. Однако Гаусс вывел формулу для действительных случайных величин из принципа достижения максимума совместной плотности всех измерений в точке с координатами, равными среднему всех измерений. Этот принцип впоследствии подвергался критике. В 1812 году Лаплас в теореме Муавра — Лапласа обобщил результат Муавра для произвольного биномиального распределения, то есть для сумм одинаково распределённых независимых бинарных величин.

См. также

Примечания

  1. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. — 10-е изд., стереотипное.. — М.: Academia, 2005. — 576 с. — ISBN 5-7695-2311-5.
  2. Ширяев А. Н. Вероятность. — М.: Наука, 1980.
  3. Математический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — С. 139—140.
  4. Wasserman L. All of Statistics. — New York, NY: Springer, 2004. — С. 142. — 433 с. — ISBN 978-1-4419-2322-6.
  5. Доказательство см. Гауссов интеграл
  6. Halperin, Hartley & Hoel, 1965, item 7.
  7. McPherson (1990)
  8. Wolfram|Alpha: Computational Knowledge Engine. Wolframalpha.com. Дата обращения: 3 марта 2017.
  9. Bryc (1995, p. 23)
  10. Bryc (1995, p. 24)
  11. Cover, Thomas M.; Thomas, Joy A. Elements of Information Theory. — John Wiley and Sons, 2006. — С. 254.
  12. Park, Sung Y.; Bera, Anil K. Maximum Entropy Autoregressive Conditional Heteroskedasticity Model (англ.) // [англ.] : journal. — Elsevier, 2009. — P. 219—230. Архивировано из оригинала 7 марта 2016 года.
  13. Талеб Н. Н. Чёрный лебедь. Под знаком непредсказуемости = The Black Swan: The Impact of the Highly Improbable. — КоЛибри, 2012. — 525 с. — ISBN 978-5-389-00573-0.
  14. Королюк, 1985, с. 135.
  15. Галкин В. М., Ерофеева Л. Н., Лещева С. В. Оценки параметра распределения Коши : [арх. 30 июля 2017] // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. — 2014. — № 2(104). — С. 314—319. — УДК 513.015.2(G).
  16. Lukacs, Eugene. A Characterization of the Normal Distribution (англ.) // [англ.] : journal. — 1942. — Vol. 13, no. 1. — P. 91—3. — ISSN 0003-4851. — doi:10.1214/aoms/1177731647. — JSTOR 2236166.
  17. [англ.]. Testing Statistical Hypotheses. — 2nd. — [англ.], 1997. — С. 199. — ISBN 978-0-387-94919-2.
  18. The doctrine of chances; or, a method of calculating the probability of events in play, L., 1718, 1738, 1756; L., 1967 (репродуцир. изд.); Miscellanea analytica de scriebus et quadraturis, L., 1730.

Литература

  • Королюк В. С., , Скороход А. В., Справочник по теории вероятностей и математической статистике. — М.: Наука, 1985. — 640 с.
  • Halperin, Max; Hartley, Herman O.; Hoel, Paul G. Recommended Standards for Statistical Symbols and Notation. COPSS Committee on Symbols and Notation (англ.) // [англ.] : journal. — 1965. — Vol. 19, no. 3. — P. 12—14. — doi:10.2307/2681417. — JSTOR 2681417.
  • McPherson, Glen. Statistics in Scientific Investigation: Its Basis, Application and Interpretation (англ.). — Springer-Verlag, 1990. — ISBN 978-0-387-97137-7.
  • Bryc, Wlodzimierz. The Normal Distribution: Characterizations with Applications (англ.). — Springer-Verlag, 1995. — ISBN 978-0-387-97990-8.

Ссылки

  • Таблица значений функции стандартного нормального распределения
  • Онлайн расчёт вероятности нормального распределения

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Распределение Гаусса, Что такое Распределение Гаусса? Что означает Распределение Гаусса?

Norma lnoe raspredele nie takzhe nazyvaemoe raspredeleniem Gaussa ili Gaussa Laplasa ili kolokoloobraznaya krivaya nepreryvnoe raspredelenie veroyatnostej s pikom v centre i simmetrichnymi bokovymi storonami kotoroe v odnomernom sluchae zadayotsya funkciej plotnosti veroyatnosti sovpadayushej s funkciej Gaussa Normalnoe raspredelenieZelenaya liniya sootvetstvuet standartnomu normalnomu raspredeleniyuPlotnost veroyatnostiCveta na etom grafike sootvetstvuyut grafiku naverhuFunkciya raspredeleniyaOboznachenie N m s2 displaystyle N left mu sigma 2 right Parametry m koefficient sdviga veshestvennyj s gt 0 koefficient masshtaba veshestvennyj strogo polozhitelnyj Nositel x displaystyle x in left infty infty right Plotnost veroyatnosti 1s2pexp x m 22s2 displaystyle frac 1 sigma sqrt 2 pi exp left frac left x mu right 2 2 sigma 2 right Funkciya raspredeleniya F x ms 12 1 erf x m2s2 displaystyle Phi left frac x mu sigma right frac 1 2 left 1 operatorname erf left frac x mu sqrt 2 sigma 2 right right Matematicheskoe ozhidanie m displaystyle mu Mediana m displaystyle mu Moda m displaystyle mu Dispersiya s2 displaystyle sigma 2 Koefficient asimmetrii 0 displaystyle 0 Koefficient ekscessa 0 displaystyle 0 Differencialnaya entropiya ln s2pe displaystyle ln left sigma sqrt 2 pi e right Proizvodyashaya funkciya momentov MX t exp mt s2t22 displaystyle M X left t right exp left mu t frac sigma 2 t 2 2 right Harakteristicheskaya funkciya ϕX t exp mit s2t22 displaystyle phi X left t right exp left mu i t frac sigma 2 t 2 2 right f x 12pse 12 x ms 2 displaystyle f x frac 1 sqrt 2 pi sigma e frac 1 2 left frac x mu sigma right 2 gde parametr m displaystyle mu matematicheskoe ozhidanie srednee znachenie mediana i moda raspredeleniya a parametr s displaystyle sigma srednekvadraticheskoe otklonenie s2 displaystyle sigma 2 dispersiya raspredeleniya Takim obrazom odnomernoe normalnoe raspredelenie yavlyaetsya dvuhparametricheskim semejstvom raspredelenij kotoroe prinadlezhit eksponencialnomu klassu raspredelenij Mnogomernyj sluchaj opisan v state Mnogomernoe normalnoe raspredelenie Standartnym normalnym raspredeleniem nazyvaetsya normalnoe raspredelenie s matematicheskim ozhidaniem m 0 displaystyle mu 0 i standartnym otkloneniem s 1 displaystyle sigma 1 Obshie svedeniyaEsli velichina yavlyaetsya summoj mnogih sluchajnyh slabo vzaimozavisimyh velichin kazhdaya iz kotoryh vnosit malyj vklad otnositelno obshej summy to centrirovannoe i normirovannoe raspredelenie takoj velichiny pri dostatochno bolshom chisle slagaemyh stremitsya k normalnomu raspredeleniyu Eto sleduet iz centralnoj predelnoj teoremy teorii veroyatnostej V okruzhayushem nas mire chasto vstrechayutsya velichiny znachenie kotoryh opredelyaetsya sovokupnostyu mnogih nezavisimyh faktorov Etot fakt a takzhe to chto raspredelenie schitalos tipichnym obychnym priveli k tomu chto v konce XIX veka stal ispolzovatsya termin normalnoe raspredelenie Normalnoe raspredelenie igraet zametnuyu rol vo mnogih oblastyah nauki naprimer v matematicheskoj statistike i statisticheskoj fizike Sluchajnaya velichina imeyushaya normalnoe raspredelenie nazyvaetsya normalnoj ili gaussovskoj sluchajnoj velichinoj OpredeleniyaStandartnoe normalnoe raspredelenie Naibolee prostoj sluchaj normalnogo raspredeleniya standartnoe normalnoe raspredelenie chastnyj sluchaj kogda m 0 displaystyle mu 0 i s 1 displaystyle sigma 1 Ego plotnost veroyatnosti ravna f x 12pe 12x2 displaystyle varphi x frac 1 sqrt 2 pi e frac 1 2 x 2 Mnozhitel 12p displaystyle frac 1 sqrt 2 pi v vyrazhenii obespechivaet uslovie normirovki integrala f x dx 1 displaystyle int limits infty infty varphi x dx 1 Poskolku mnozhitel 12 displaystyle frac 1 2 v eksponente obespechivaet dispersiyu ravnuyu edinice to i standartnoe otklonenie ravno 1 Funkciya simmetrichna v tochke x 0 displaystyle x 0 eyo znachenie v nej maksimalno i ravno 12p displaystyle frac 1 sqrt 2 pi Tochki peregiba funkcii x 1 displaystyle x 1 i x 1 displaystyle x 1 Gauss nazyval standartnym normalnym raspredelenie s s2 1 2 displaystyle sigma 2 1 2 to est f x e x2p displaystyle varphi x frac e x 2 sqrt pi Normalnoe raspredelenie s parametrami m s Kazhdoe normalnoe raspredelenie eto variant standartnogo normalnogo raspredeleniya oblast znachenij kotorogo rastyagivaetsya mnozhitelem s displaystyle sigma standartnoe otklonenie i perenositsya na m displaystyle mu matematicheskoe ozhidanie f x m s2 1sf x ms displaystyle f x mid mu sigma 2 frac 1 sigma varphi left frac x mu sigma right m s displaystyle mu sigma yavlyayutsya parametrami normalnogo raspredeleniya Plotnost veroyatnosti dolzhna normirovatsya 1s displaystyle frac 1 sigma tak chto integral raven 1 Esli Z displaystyle Z standartnaya normalnaya sluchajnaya velichina to velichina X sZ m displaystyle X sigma Z mu budet imet normalnoe raspredelenie s matematicheskim ozhidaniem m displaystyle mu i standartnym otkloneniem s displaystyle sigma Naoborot esli X displaystyle X normalnaya velichina s parametrami m displaystyle mu i s2 displaystyle sigma 2 to Z X ms displaystyle Z frac X mu sigma budet imet standartnoe normalnoe raspredelenie Esli v eksponente plotnosti veroyatnosti raskryt skobki i uchityvat chto 1 ln e displaystyle 1 ln e to f x 12pse 12 x ms 2 e 12 2ln s ln 2p x ms 2 e 12 x2s2 2mxs2 2ln s ln 2p m2s2 displaystyle f x frac 1 sqrt 2 pi sigma e frac 1 2 left frac x mu sigma right 2 e frac 1 2 left 2 ln sigma ln 2 pi left frac x mu sigma right 2 right e frac 1 2 left frac x 2 sigma 2 2 frac mu x sigma 2 2 ln sigma ln 2 pi frac mu 2 sigma 2 right Takim obrazom plotnost veroyatnosti kazhdogo normalnogo raspredeleniya predstavlyaet soboj eksponentu kvadratichnoj funkcii f x eax2 bx c displaystyle f x e ax 2 bx c gde a 12s2 b ms2 c ln s 12ln 2p 12m2s2 displaystyle a frac 1 2 sigma 2 b frac mu sigma 2 c left ln sigma frac 1 2 ln 2 pi frac 1 2 frac mu 2 sigma 2 right Otsyuda mozhno vyrazit srednee znachenie kak m b2a displaystyle mu frac b 2a a dispersiyu kak s2 12a displaystyle sigma 2 frac 1 2a Dlya standartnogo normalnogo raspredeleniya a 1 2 displaystyle a 1 2 b 0 displaystyle b 0 i c 12ln 2p displaystyle c frac 1 2 ln 2 pi Oboznachenie Plotnost veroyatnosti standartnogo normalnogo raspredeleniya s nulevym srednim i edinichnoj dispersiej chasto oboznachaetsya grecheskoj bukvoj ϕ displaystyle phi fi Takzhe dostatochno chasto ispolzuetsya alternativnoe nachertanie grecheskoj bukvy fi f displaystyle varphi Normalnoe raspredelenie chasto oboznachaetsya N m s2 displaystyle N mu sigma 2 ili N m s2 displaystyle mathcal N mu sigma 2 Esli sluchajnaya velichina X displaystyle X raspredelena po normalnomu zakonu so srednim m displaystyle mu i variaciej s2 displaystyle sigma 2 to pishut X N m s2 displaystyle X sim mathcal N mu sigma 2 Funkciya raspredeleniya Funkciya raspredeleniya standartnogo normalnogo raspredeleniya normalnoe integralnoe raspredelenie obychno oboznachaetsya zaglavnoj grecheskoj bukvoj F displaystyle Phi fi v Rossii nazyvaetsya funkciej Laplasa i predstavlyaet soboj integral F x 12p xe t2 2dt displaystyle Phi x frac 1 sqrt 2 pi int limits infty x e t 2 2 dt S nej svyazana funkciya oshibok integral veroyatnosti erf x displaystyle operatorname erf x dayushij veroyatnost togo chto normalnaya sluchajnaya velichina so srednim 0 i variaciej 1 2 popadyot v otrezok x x displaystyle x x erf x 2p 0xe t2dt displaystyle operatorname erf x frac 2 sqrt pi int limits 0 x e t 2 dt Eti integraly ne vyrazhayutsya v elementarnyh funkciyah i nazyvayutsya specialnymi funkciyami Mnogie ih chislennye priblizheniya izvestny Sm nizhe Funkcii svyazany v chastnosti sootnosheniem F x 12 1 erf x2 displaystyle Phi x frac 1 2 left 1 operatorname erf left frac x sqrt 2 right right Normalnoe raspredelenie s plotnostyu f displaystyle f srednim m displaystyle mu i otkloneniem s displaystyle sigma imeet sleduyushuyu funkciyu raspredeleniya F x F x ms 12 1 erf x ms2 displaystyle F x Phi left frac x mu sigma right frac 1 2 left 1 operatorname erf left frac x mu sigma sqrt 2 right right Mozhno ispolzovat funkciyu Q x 1 F x displaystyle Q x 1 Phi x ona dast veroyatnost togo chto znachenie standartnoj normalnoj sluchajnoj velichiny X displaystyle X bolshe ili ravno x displaystyle x P X x displaystyle P X geqslant x Grafik standartnoj normalnoj funkcii raspredeleniya F displaystyle Phi imeet 2 kratnuyu vrashatelnuyu simmetriyu otnositelno tochki 0 1 2 to est F x 1 F x displaystyle Phi x 1 Phi x Eyo neopredelennyj integral raven F x dx xF x f x C displaystyle int Phi x dx x Phi x varphi x C Funkciya raspredeleniya standartnoj normalnoj sluchajnoj velichiny mozhet byt razlozhena s pomoshyu metoda integrirovaniya po chastyam v ryad F x 12 12p e x2 2 x x33 x53 5 x2n 1 2n 1 displaystyle Phi x frac 1 2 frac 1 sqrt 2 pi cdot e x 2 2 left x frac x 3 3 frac x 5 3 cdot 5 cdots frac x 2n 1 2n 1 cdots right gde znak displaystyle oznachaet dvojnoj faktorial Asimptoticheskoe razlozhenie funkcii raspredeleniya dlya bolshih x displaystyle x mozhet byt takzhe proizvedeno integrirovaniem po chastyam Standartnoe otklonenie Sm takzhe Intervalnaya ocenka Pravilo 68 95 99 7 Dlya normalnogo raspredeleniya kolichestvo znachenij otlichayushihsya ot srednego na chislo menshee chem odno standartnoe otklonenie sostavlyayut 68 27 vyborok V to zhe vremya kolichestvo znachenij otlichayushiesya ot srednego na dva standartnyh otkloneniya sostavlyayut 95 45 a na tri standartnyh otkloneniya 99 73 Okolo 68 znachenij iz normalnogo raspredeleniya nahodyatsya na rasstoyanii ne bolee odnogo standartnogo otkloneniya s ot srednego okolo 95 znachenij lezhat na rasstoyanii ne bolee dvuh standartnyh otklonenij i 99 7 ne bolee tryoh Etot fakt yavlyaetsya chastnym sluchaem pravila 3 sigm dlya normalnoj vyborki Bolee tochno veroyatnost poluchit normalnoe chislo v intervale mezhdu m ns displaystyle mu n sigma i m ns displaystyle mu n sigma ravna F m ns F m ns displaystyle F mu n sigma F mu n sigma F n F n erf n2 displaystyle Phi n Phi n operatorname erf left frac n sqrt 2 right dd S tochnostyu do 12 znachashih cifr znacheniya dlya n 1 2 6 displaystyle n 1 2 ldots 6 privedeny v tablice n displaystyle n p F m ns F m ns displaystyle p F mu n sigma F mu n sigma 1 p displaystyle 1 p 11 p displaystyle frac 1 1 p OEIS1 0 682689492137 0 317310507863 3 15148718753 A1786472 0 954499736104 0 045500263896 21 9778945080 A1108943 0 997300203937 0 002699796063 370 398347345 A2707124 0 999936657516 0 000063342484 15787 19276735 0 999999426697 0 000000573303 1744277 893626 0 999999998027 0 000000001973 506797345 897SvojstvaMomenty Momentami i absolyutnymi momentami sluchajnoj velichiny X displaystyle X nazyvayutsya matematicheskie ozhidaniya sluchajnyh velichin Xp displaystyle X p i X p displaystyle left X right p sootvetstvenno Esli matematicheskoe ozhidanie sluchajnoj velichiny m 0 displaystyle mu 0 to eti parametry nazyvayutsya centralnymi momentami V bolshinstve sluchaev predstavlyayut interes momenty dlya celyh p displaystyle p Esli X displaystyle X imeet normalnoe raspredelenie to dlya neyo sushestvuyut konechnye momenty pri vseh p displaystyle p s dejstvitelnoj chastyu bolshe 1 Dlya neotricatelnyh celyh p displaystyle p centralnye momenty takovy E Xp 0p 2n 1 sp p 1 p 2n displaystyle mathbb E left X p right begin cases 0 amp p 2n 1 sigma p left p 1 right amp p 2n end cases Zdes n displaystyle n naturalnoe chislo a zapis p 1 displaystyle p 1 oznachaet dvojnoj faktorial chisla p 1 displaystyle p 1 to est poskolku p 1 displaystyle p 1 v dannom sluchae nechyotno proizvedenie vseh nechyotnyh chisel ot 1 do p 1 displaystyle p 1 Centralnye absolyutnye momenty dlya neotricatelnyh celyh p displaystyle p takovy E X p sp p 1 2pp 2n 1 1p 2n sp 2p2G p 12 p displaystyle mathbb E left left X right p right sigma p left p 1 right cdot left begin cases sqrt frac 2 pi amp p 2n 1 1 amp p 2n end cases right sigma p cdot frac 2 frac p 2 Gamma left frac p 1 2 right sqrt pi Poslednyaya formula spravedliva takzhe dlya proizvolnyh p gt 1 displaystyle p gt 1 Preobrazovanie Fure i harakteristicheskaya funkciya Preobrazovanie Fure normalnoj plotnosti veroyatnosti f displaystyle f s matematicheskim ozhidaniem m displaystyle mu standartnym otkloneniem s displaystyle sigma ravno f t f x e itxdx eimt 12s2t2 displaystyle hat f t int limits infty infty f x e itx dx e i mu t frac 1 2 sigma 2 t 2 gde i displaystyle i est mnimaya edinica Esli matematicheskoe ozhidanie m 0 displaystyle mu 0 to pervyj mnozhitel raven 1 i preobrazovanie Fure s tochnostyu do konstanty est normalnaya plotnost veroyatnosti na chastotnyh intervalah s matematicheskim ozhidaniem ravnym 0 i standartnym otkloneniem 1 s displaystyle 1 sigma V chastnosti standartnoe normalnoe raspredelenie f displaystyle varphi est sobstvennaya funkciya ot preobrazovaniya Fure V teorii veroyatnosti preobrazovanie Fure plotnosti raspredeleniya dejstvitelnoj sluchajnoj velichiny X displaystyle X blizko svyazano s harakteristicheskoj funkciej fX t displaystyle varphi X t etoj velichiny kotoraya opredelena kak matematicheskoe ozhidanie ot eitX displaystyle e itX i yavlyaetsya funkciej veshestvennoj peremennoj t displaystyle t chastotnyj parametr preobrazovaniya Fure Opredelenie mozhet byt rasprostraneno i na kompleksnuyu peremennuyu t displaystyle t Sootnoshenie zapisyvaetsya tak fX t f t displaystyle varphi X t hat f t Beskonechnaya delimost Normalnoe raspredelenie yavlyaetsya beskonechno delimym Esli sluchajnye velichiny X1 displaystyle X 1 i X2 displaystyle X 2 nezavisimy i imeyut normalnoe raspredelenie s matematicheskimi ozhidaniyami m1 displaystyle mu 1 i m2 displaystyle mu 2 i dispersiyami s12 displaystyle sigma 1 2 i s22 displaystyle sigma 2 2 sootvetstvenno to X1 X2 displaystyle X 1 X 2 takzhe imeet normalnoe raspredelenie s matematicheskim ozhidaniem m1 m2 displaystyle mu 1 mu 2 i dispersiej s12 s22 displaystyle sigma 1 2 sigma 2 2 Otsyuda vytekaet chto normalnaya sluchajnaya velichina predstavima kak summa proizvolnogo chisla nezavisimyh normalnyh sluchajnyh velichin Maksimalnaya entropiya Normalnoe raspredelenie imeet maksimalnuyu differencialnuyu entropiyu sredi vseh nepreryvnyh raspredelenij dispersiya kotoryh ne prevyshaet zadannuyu velichinu Pravilo tryoh sigm dlya gaussovskoj sluchajnoj velichiny Osnovnaya statya Pravilo tryoh sigm Grafik plotnosti veroyatnosti normalnogo raspredeleniya i procent popadaniya sluchajnoj velichiny na otrezki ravnye srednekvadraticheskomu otkloneniyu Pravilo tryoh sigm 3s displaystyle 3 sigma prakticheski vse znacheniya normalno raspredelyonnoj sluchajnoj velichiny lezhat v intervale m 3s m 3s displaystyle left mu 3 sigma mu 3 sigma right gde m E3 displaystyle mu mathbb E xi matematicheskoe ozhidanie i parametr normalnoj sluchajnoj velichiny Bolee tochno priblizitelno s veroyatnostyu 0 9973 znachenie normalno raspredelyonnoj sluchajnoj velichiny lezhit v ukazannom intervale Modelirovanie normalnyh psevdosluchajnyh velichinPri kompyuternom modelirovanii osobenno pri primenenii metoda Monte Karlo zhelatelno ispolzovat velichiny raspredelennye po normalnomu zakonu Mnogie algoritmy dayut standartnye normalnye velichiny tak kak normalnuyu velichinu X N m s2 displaystyle X sim N mu sigma 2 mozhno poluchit kak X m sZ displaystyle X mu sigma Z gde Z standartnaya normalnaya velichina Algoritmy takzhe ispolzuyut razlichnye preobrazovaniya ravnomernyh velichin Prostejshie priblizhyonnye metody modelirovaniya osnovyvayutsya na centralnoj predelnoj teoreme Esli slozhit dostatochno bolshoe kolichestvo nezavisimyh odinakovo raspredelyonnyh velichin s konechnoj dispersiej to summa budet imet raspredelenie blizkoe k normalnomu Naprimer esli slozhit 100 nezavisimyh standartno ravnomerno raspredelyonnyh sluchajnyh velichin to raspredelenie summy budet priblizhyonno normalnym Dlya programmnogo generirovaniya normalno raspredelyonnyh psevdosluchajnyh velichin predpochtitelnee ispolzovat preobrazovanie Boksa Myullera Ono pozvolyaet generirovat odnu normalno raspredelyonnuyu velichinu na baze odnoj ravnomerno raspredelyonnoj Takzhe sushestvuet algoritm Zikkurat kotoryj rabotaet dazhe bystree preobrazovaniya Boksa Myullera On slozhnee v realizacii no ego primenenie opravdano v sluchayah kogda trebuetsya generirovanie ochen bolshogo chisla neravnomerno raspredelyonnyh sluchajnyh chisel Normalnoe raspredelenie v prirode i prilozheniyahNormalnoe raspredelenie chasto vstrechaetsya v prirode Naprimer sleduyushie sluchajnye velichiny horosho modeliruyutsya normalnym raspredeleniem otklonenie pri strelbe pogreshnosti izmerenij odnako pogreshnosti nekotoryh izmeritelnyh priborov imeyut inoe raspredelenie nekotorye harakteristiki zhivyh organizmov v populyacii Takoe shirokoe rasprostranenie etogo raspredeleniya svyazano s tem chto ono yavlyaetsya beskonechno delimym nepreryvnym raspredeleniem s konechnoj dispersiej Poetomu k nemu v predele priblizhayutsya nekotorye drugie naprimer binomialnoe i puassonovskoe Etim raspredeleniem modeliruyutsya mnogie nedeterminirovannye fizicheskie processy Mnogomernoe normalnoe raspredelenie ispolzuetsya pri issledovanii mnogomernyh sluchajnyh velichin sluchajnyh vektorov Odnim iz mnogochislennyh primerov takih prilozhenij yavlyaetsya issledovanie parametrov lichnosti cheloveka v psihologii i psihiatrii Svyaz s drugimi raspredeleniyamiNormalnoe raspredelenie yavlyaetsya raspredeleniem Pirsona tipa XI Otnoshenie pary nezavisimyh standartnyh normalno raspredelennyh sluchajnyh velichin imeet raspredelenie Koshi To est esli sluchajnaya velichina X displaystyle X predstavlyaet soboj otnoshenie X Y Z displaystyle X Y Z gde Y displaystyle Y i Z displaystyle Z nezavisimye standartnye normalnye sluchajnye velichiny to ona budet obladat raspredeleniem Koshi Esli z1 zk displaystyle z 1 ldots z k sovmestno nezavisimye standartnye normalnye sluchajnye velichiny to est zi N 0 1 displaystyle z i sim N left 0 1 right to sluchajnaya velichina x z12 zk2 displaystyle x z 1 2 ldots z k 2 imeet raspredelenie hi kvadrat s k stepenyami svobody Esli sluchajnaya velichina X displaystyle X podchinena lognormalnomu raspredeleniyu to eyo naturalnyj logarifm imeet normalnoe raspredelenie To est esli X LogN m s2 displaystyle X sim mathrm LogN left mu sigma 2 right to Y ln X N m s2 displaystyle Y ln left X right sim mathrm N left mu sigma 2 right I naoborot esli Y N m s2 displaystyle Y sim mathrm N left mu sigma 2 right to X exp Y LogN m s2 displaystyle X exp left Y right sim mathrm LogN left mu sigma 2 right Esli X1 X2 Xn displaystyle X 1 X 2 X n nezavisimye normalno raspredelennye sluchajnye velichiny s matematicheskimi ozhidaniyami m displaystyle mu i dispersiyami s2 displaystyle sigma 2 to ih vyborochnoe srednee nezavisimo ot vyborochnogo standartnogo otkloneniya a otnoshenie sleduyushih dvuh velichin budet imet t raspredelenie s n 1 displaystyle text n 1 stepenyami svobody t X mS n 1n X1 Xn m1n n 1 X1 X 2 Xn X 2 tn 1 displaystyle t frac overline X mu S sqrt n frac frac 1 n X 1 cdots X n mu sqrt frac 1 n n 1 left X 1 overline X 2 cdots X n overline X 2 right sim t n 1 Esli X1 X2 Xn displaystyle X 1 X 2 X n Y1 Y2 Yn displaystyle Y 1 Y 2 Y n nezavisimye standartnye normalnye sluchajnye velichiny to otnoshenie normirovannyh summ kvadratov budet imet raspredelenie Fishera s n displaystyle text n m displaystyle text m stepenyami svobody F X12 X22 Xn2 n Y12 Y22 Ym2 m Fn m displaystyle F frac left X 1 2 X 2 2 cdots X n 2 right n left Y 1 2 Y 2 2 cdots Y m 2 right m sim F n m Otnoshenie kvadratov dvuh standartnyh normalnyh sluchajnyh velichin imeet raspredelenie Fishera so stepenyami svobody 1 1 displaystyle left 1 1 right IstoriyaVpervye normalnoe raspredelenie kak predel binomialnogo raspredeleniya pri p 12 displaystyle p tfrac 1 2 poyavilos v 1738 godu vo vtorom izdanii raboty Muavra angl Eto bylo pervoe dokazatelstvo chastnogo sluchaya centralnoj predelnoj teoremy V 1809 godu Gauss v sochinenii Teoriya dvizheniya nebesnyh tel vvyol eto raspredelenie kak voznikayushee v rezultate mnogokratnyh izmerenij dvizheniya nebesnyh tel Odnako Gauss vyvel formulu dlya dejstvitelnyh sluchajnyh velichin iz principa dostizheniya maksimuma sovmestnoj plotnosti vseh izmerenij v tochke s koordinatami ravnymi srednemu vseh izmerenij Etot princip vposledstvii podvergalsya kritike V 1812 godu Laplas v teoreme Muavra Laplasa obobshil rezultat Muavra dlya proizvolnogo binomialnogo raspredeleniya to est dlya summ odinakovo raspredelyonnyh nezavisimyh binarnyh velichin Sm takzheAdditivnyj belyj gaussovskij shum Lognormalnoe raspredelenie Ravnomernoe raspredelenie Centralnaya predelnaya teorema Dvumernoe normalnoe raspredelenie Mnogomernoe normalnoe raspredelenie Raspredelenie hi kvadrat Statisticheskij kriterij Chastotnoe raspredeleniePrimechaniyaVentcel E S Teoriya veroyatnostej 10 e izd stereotipnoe M Academia 2005 576 s ISBN 5 7695 2311 5 Shiryaev A N Veroyatnost M Nauka 1980 Matematicheskij enciklopedicheskij slovar M Sovetskaya enciklopediya 1988 S 139 140 Wasserman L All of Statistics New York NY Springer 2004 S 142 433 s ISBN 978 1 4419 2322 6 Dokazatelstvo sm Gaussov integral Halperin Hartley amp Hoel 1965 item 7 McPherson 1990 harvtxt error yakorya ne sushestvuet CITEREFMcPherson1990 pomosh Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine neopr Wolframalpha com Data obrasheniya 3 marta 2017 Bryc 1995 p 23 harvtxt error yakorya ne sushestvuet CITEREFBryc1995 pomosh Bryc 1995 p 24 harvtxt error yakorya ne sushestvuet CITEREFBryc1995 pomosh Cover Thomas M Thomas Joy A Elements of Information Theory John Wiley and Sons 2006 S 254 Park Sung Y Bera Anil K Maximum Entropy Autoregressive Conditional Heteroskedasticity Model angl angl journal Elsevier 2009 P 219 230 Arhivirovano iz originala 7 marta 2016 goda Taleb N N Chyornyj lebed Pod znakom nepredskazuemosti The Black Swan The Impact of the Highly Improbable KoLibri 2012 525 s ISBN 978 5 389 00573 0 Korolyuk 1985 s 135 Galkin V M Erofeeva L N Lesheva S V Ocenki parametra raspredeleniya Koshi arh 30 iyulya 2017 Trudy Nizhegorodskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im R E Alekseeva 2014 2 104 S 314 319 UDK 513 015 2 G Lukacs Eugene A Characterization of the Normal Distribution angl angl journal 1942 Vol 13 no 1 P 91 3 ISSN 0003 4851 doi 10 1214 aoms 1177731647 JSTOR 2236166 angl Testing Statistical Hypotheses 2nd angl 1997 S 199 ISBN 978 0 387 94919 2 The doctrine of chances or a method of calculating the probability of events in play L 1718 1738 1756 L 1967 reproducir izd Miscellanea analytica de scriebus et quadraturis L 1730 LiteraturaKorolyuk V S Skorohod A V Spravochnik po teorii veroyatnostej i matematicheskoj statistike M Nauka 1985 640 s Halperin Max Hartley Herman O Hoel Paul G Recommended Standards for Statistical Symbols and Notation COPSS Committee on Symbols and Notation angl angl journal 1965 Vol 19 no 3 P 12 14 doi 10 2307 2681417 JSTOR 2681417 McPherson Glen Statistics in Scientific Investigation Its Basis Application and Interpretation angl Springer Verlag 1990 ISBN 978 0 387 97137 7 Bryc Wlodzimierz The Normal Distribution Characterizations with Applications angl Springer Verlag 1995 ISBN 978 0 387 97990 8 SsylkiTablica znachenij funkcii standartnogo normalnogo raspredeleniya Onlajn raschyot veroyatnosti normalnogo raspredeleniyaV drugom yazykovom razdele est bolee polnaya statya Normal distribution angl Vy mozhete pomoch proektu rasshiriv tekushuyu statyu s pomoshyu perevodaV state ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 20 oktyabrya 2024

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто