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2024-07-12 21:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录 描述量:选出来的、能描述随机变量主要特征的量1. 期望:分布的中心位置2. 方差:分布的离散程度2.1 方差2.2 标准差 3. 其它描述量:斜度3.1 斜度3.2 矩 参考

描述量:选出来的、能描述随机变量主要特征的量

统计学家将全面的概率分布信息量投射到某几个量上,来代表随机变量的主要特征,从而掌握该随机变量的主要“性能”。这样的一些量称为随机变量的描述量(descriptor)。 (是不是有些类似降维?又好似用到了奥卡姆剃刀原理)

比如期望用于表示分布的中心位置,方差用于表示分布的分散程度等等。这些描述量可以迅速的传递其概率分布的一些主要信息,允许我们在深入研究之前,先对其特征有一个大概了解。

1. 期望:分布的中心位置

在现实生活中,我们往往对未知事件有一个预期,也就是我们的期望。 在概率论中,我们更加定量的对未知结果进行预估。根据概率分布,我们以概率值为权重,加权平均所有可能的取值,来获得了该随机变量的期望(expectation):

在这里插入图片描述 期望是在事件还没确定时,根据概率,对平均结果的估计。通过了解期望,也就了解了这个随机变量。

注意:(期望与均值的区别) 如果事件发生,结果并不是期望值。 但是,如果重复进行大量实验,其结果的平均值会趋近期望值。 需要注意的是,我们将期望写成E(X),这表示的是一个数值,而不是一个随机变量的函数。

注:期望和条件期望

在这里插入图片描述

2. 方差:分布的离散程度 2.1 方差

如果说期望表示的是分布的中心位置,那么方差就是分布的离散程度。方差越大,说明随机变量取值越离散。

数学上,我们用方差来代表一组数据或者某个概率分布的离散程度。可见,方差是独立于期望的另一个对分布的度量。两个分布,完全可能有相同的期望,而方差不同。

对于一个随机变量X来说,它的方差为: 在这里插入图片描述 其中,μ 表示 X 的期望值,即 μ=E(X)。

方差概念背后的逻辑很简单。一个取值与期望值的“距离”用两者差的平方表示。该平方值表示取值与分布中心的偏差程度。 我们根据概率对该平方进行加权平均,也就获得整体的离散程度——方差。

2.2 标准差

方差的平方根称为标准差(standard deviation, 简写std)。我们常用σ表示标准差: 在这里插入图片描述 标准差也表示分布的离散程度。

3. 其它描述量:斜度 3.1 斜度

为了表达分布的密度曲线向左或者向右的倾斜特征,引入一个新的描述量,斜度(skewness),定义如下:

在这里插入图片描述

3.2 矩

在这里插入图片描述 观察方差和斜度的定义,都是X的函数的期望。它们的区别只在于函数的形式,即(X−μ)的乘方次数不同。方差为2次方,斜度为3次方。

上面的描述量都可以归为**“矩”(moment)的一族描述量。类似于方差和斜度这样的,它们都是(X−μ)乘方的期望,称为中心矩(central moment)**。E[(x−μ)k]称为k阶中心矩,表示为μk,其中k = 2, 3, 4, …

还有另一种是原点矩(moment about the origin),是X乘方的期望。 E[Xk]称为k阶原点矩,表示为μ′k,其中k = 1, 2, 3, … 期望是一阶原点矩: 在这里插入图片描述

参考

更多细节可以参考:

概率论9 期望概率论10 方差与标准差概率论12 矩与矩生成函数


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