←предыдущая следующая→
1 2 3
композиционное событие.
В общем случае по P(Ei) и P(Qj) найти P(EiQj) невозможно.
Рассмотрим один частный случай, когда это можно сделать.
Два испытания называются независимыми, если различные исходы обоих испытаний определяются несвязанными между собой случайными факторами.
Из определения независимости испытания вытекает, что условные частости наступления события в одном испытании, при условии, что во втором испытании произошло фиксированное число событий равны безусловным частостям, если они существуют.
Пусть испытания независимы. В результате проведения первого испытания произошло элементарное событие Ei, в результате второго испытания может произойти все что угодно.
Тогда сложное событие, определяющее исход первого и второго испытания имеет вид:
и равно сумме комбинаций исходов первого и второго испытаний.
Вероятность сложного события A.
, т.е. результаты второго испытания не зависят от результатов первого.
Если в результате второго испытания произошло событие Qj, а в результате первого испытания могло произойти все что угодно, то сложное событие B имеет вид: .
Вероятность сложного события B равна сумме вероятностей комбинаций вида EiQj, i=1, ..., m1
, т.к. исходы первого испытания не влияют на исходы второго испытания. Из факта: P(AB)=P(A)P(B/A); P(B/A)=P(B); AB=EiQj (надо доказать)
A={EiQ1, EiQ2, ..., EiQj, ..., EiQm2}
B={E1Qj, E2Qj, ..., EiQj, ..., Em1Qj}
По определению произведения AB в него входят только те события, которые входят и в A, и в B. Из приведенных выше формул следует, что только событие EiQj входит и в A, и в B, то AB= EiQj. Следует:
Композиционное пространство имеет вид:
Общая структура независимых событий в композиционном пространстве, порожденном композицией испытаний:
т.е. в результате первого испытания произошли элементарные события: .
В результате второго испытания события: .
Сложное событие B определяет все возможные комбинации исходов двух испытаний независимо друг от друга. В результате первого испытания произошли элементарные события: .
В результате второго испытания события: .
Тогда:
, т.к. второе испытание не влияет на результаты первого.
т.к. , (надо доказать)
то
При решении практических задач, связанных с независимыми испытаниями обычно не требуется строить композиционных пространств элементарных событий, а использовать формально неверную запись: P(AB)=P(A)P(B).
Композиция n испытаний.
Имеется n испытаний. Зададим для i-го испытания вероятностное пространство:
i=1, ..., n
Композицией n испытаний называется сложное испытание, состоящее в совместном проведении n испытаний. Задается n испытаний, вероятностное пространство каждого из которых имеет вид:
i=1, ..., n
Композиционное пространство имеет вид:
j1=1, ..., m1; j2=1, ..., m2; jn=1, ..., mn;
Композиция n независимых испытаний.
Испытания (n - испытаний) называются независимыми, если неоднозначность исхода каждого из испытаний определена не связанными между собой группами факторов.
Событие A1: в результате проведения композиционного испытания в первом испытании произошло событие . Тогда
Событие An: в результате проведения композиционного испытания в первом испытании произошло событие . Тогда
i=1, ..., n
Рассмотрим событие:
В силу определения независимости испытаний очевидно, что:
.
Следовательно: .
На практике не строят композиционных пространств, а записывают формально неправильную формулу: P(A1A2...An)=P(A1)P(A2)...P(An).
Композиционное пространство имеет вид:
j1=1, ..., m1; j2=1, ..., m2; jn=1, ..., mn;
Общая структура независимых событий в композиционном пространстве имеет вид:
1-е событие - это событие, которое происходит в 1-м вероятностном пространстве
2-е событие - это событие, которое происходит во 2-м вероятностном пространстве
n - событие - это событие, которое происходит в n-м вероятностном пространстве
Рассмотрим два вероятностных пространства.
I II
Очевидно, что неопределенность испытания до испытания в первом вероятностном пространстве выше, чем во втором. Действительно, до испытания в I нельзя ни одному из событий отдать предпочтения, а во II событие E3 происходит чаще.
Энтропия - мера неопределенности исхода испытания (до испытания).
Первым, кто функционально задал выражение для энтропии был Шеннон.
,
Для вероятностного пространства:
Энтропия задается выражением: . Если P1=0, то PilogPi¬=0.
Самим показать, что:
1. Если вероятностное пространство не имеет определенности, т.е. какое-то из Pi=1, а остальные равны 0, то энтропия равна нулю.
2. Если элементарный исход равновероятен, т.е. , то энтропия принимает максимальное значение.
0Pi1,
1)
,
т.о. вероятности p1, p2, ..., ps обращаются в ноль, например pi, которая равна 1. Но log1=0. Остальные числа также обращаются в 0, т.к. .
2) Докажем, что энтропия системы с конечным числом состояний достигае максимума, когда все состояния равновероятны. Для этого рассмотрим энтропию системы как функцию вероятностей p1, p2, ..., ps и найдем условный экстремум этой функции, при условии, что .
Пользуясь методом неопределенных множителей Лагранжа, будем искать экстремум функции: .
Дифференцируя по p1, p2, ..., ps и приравнивая производные нулю получим систему:
i=1, ..., s
Откуда видно, что экстремум достигается при равных между собой p1.
Т.к. , то p1= p2=, ..., = ps= 1/s.
Еденицей измерения энтропии является энтропия вероятностного пространства вида:
, которая называется 1 бит.
Неопределенность исхода испытания до испытания автоматически определяет информативность исхода испытания после испытания. Поэтому в битах также измеряется информативность исхода.
Рассмотрим два вероятностных пространства:
Проводим композицию двух испытаний. Композиционное пространство имеет вид:
i=1, ..., s1 j=1, ..., s2
С точки зрения качественного анализа максимальная энтропия композиционного вероятностного пространства достигается тогда, когда испытания независимы. Найдем энтропию композиционного пространства для случая независимых испытаний.
Биномиальное распределение.
n испытаний называются системой испытаний Бернулли, если испытания независимы, в каждом из них происходит событие , либо с вероятностью наступления P(A) = p;
Найдем вероятность того, что в результате проведенных n испытаний событие А произошло m раз:
Рассмотрим композицию n независимых испытаний и построим композиционное пространство элементарных событий.
Общий вид элемента этого пространства следующий:
где
При этом вероятность наступления такого события равна:
(умножение при независимых событиях)
Найдем вероятность наступления любого элементарного события из композиционного пространства:
Рассмотрим в композиционном вероятностном пространстве событие: в n испытаниях событие A произошло m раз.
Событие A состоит из - общее кол-во элементарных событий, в которое входит событие А. А произошло m раз, - n-m раз. Вероятность каждого из этих элементарных событий одинакова и равна:
Следовательно, на основании III аксиомы теории вероятности результат равняется:
(сложение вероятностей)
Случайная величина
Пусть имеется вероятностное пространство вида .
Случайной величиной называется измеримая числовая скалярная функция , элементами которой являются элементарные события.
Числовая скалярная функция - это функция, удовлетворяющая следующему условию:
событие - алгебре и, следовательно, имеет вероятность наступления.
Если произведено испытание, в результате которого произошло некоторое элементарное событие . В соответствии с функцией этому элементарному событию соответствует число, которое называется реализацией случайной величины x в данном испытании.
В соответствии с определением случайной величины вводится числовая скалярная функция F(x), , определенная для каждого действительного x и по определению равная вероятности наступления события:
Эта функция называется функцией распределения случайной величины .
Рассмотрим три события:
где a
←предыдущая следующая→
1 2 3