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泊松分布

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1.什么是泊松分布

  Poisson分布(法語:loi de Poisson,英語:Poisson distribution,譯名有泊松分布、普阿松分布、卜瓦松分布、布瓦松分布、布阿松分布、波以松分布、卜氏分配等),是一種統(tǒng)計與概率學里常見到的離散機率分布(discrete probability distribution),由法國數(shù)學家西莫恩·德尼·泊松(Siméon-Denis Poisson)在1838年時發(fā)表。

  泊松分布的概率質(zhì)量函數(shù)為:

  P(X=k)=frac{e^{-lambda} lambda^k}{k!}

  泊松分布的參數(shù)λ是單位時間(或單位面積)內(nèi)隨機事件的平均發(fā)生率。

  泊松分布適合于描述單位時間內(nèi)隨機事件發(fā)生的次數(shù)。如某一服務設施在一定時間內(nèi)到達的人數(shù),電話交換機接到呼叫的次數(shù),汽車站臺的候客人數(shù),機器出現(xiàn)的故障數(shù),自然災害發(fā)生的次數(shù)等等。

  若隨機變量X取0和一切正整數(shù)值,在n次獨立試驗中出現(xiàn)的次數(shù)x恰為k次的概率P(X=k)=(k=0,1,...,n),式中λ是一個大于0的參數(shù),此概率分布稱為泊松分布。它的期望值為E(x)=np,方差為D(x) = λ。當n很大,且在一次試驗中出現(xiàn)的概率P很小時,泊松分布近似二項分布。

2.泊松分布使用范圍

Poisson分布主要用于描述在單位時間(空間)中稀有事件的發(fā)生數(shù). 即需滿足以下四個條件:[1]

  1.給定區(qū)域內(nèi)的特定事件產(chǎn)生的次數(shù),可以是根據(jù)時間,長度,面積來定義;

2.各段相等區(qū)域內(nèi)的特定事件產(chǎn)生的概率是一樣的;

3.各區(qū)域內(nèi),事件發(fā)生的概率是相互獨立的;

4.當給定區(qū)域變得非常小時,兩次以上事件發(fā)生的概率趨向于0。  例如:

1.放射性物質(zhì)在單位時間內(nèi)的放射次數(shù);

2.在單位容積充分搖勻的水中的細菌數(shù);

3.野外單位空間中的某種昆蟲數(shù)等。

3.泊松分布的期望和方差

 由泊松分布知E[N(t) ? N(t0)] = D[N(t) ? N(t0)] = λ(t ? t0)

  特別的,令t_0=0.由于假設N(0)=0,故可推知泊松過程的均值函數(shù)和方差函數(shù)分別為E[N(t)] = λt,D[N(t)] = λt,

  泊松過程的強度lambda (常數(shù))等于單位長時間間隔內(nèi)出現(xiàn)的質(zhì)點數(shù)目的期望值。即對泊松分布有:E(X) = D(X) = λ

4.Poisson分布的性質(zhì)

一、Poisson分布的均數(shù)與方差相等,即σ2=m

二、Poisson分布的可加性

如果X1,X2,…,Xk相互獨立,且它們分別服從以μ1,μ2 ,…,μk為參數(shù)的Poisson分布,則T=X1+X2+…+Xk也服從Poisson分布,其參數(shù)為μ1 +μ2+…+μk。

三、Poisson分布的正態(tài)近似

m相當大時,近似服從正態(tài)分布:N(m,m)

四、二項分布的Poisson分布近似

Xi~B (ni πi),則當ni→∞,πi很小,且niπi = μ保持不變時,可以證明Xi的極限分布是以μ為參數(shù)的Poisson分布。

5.泊松分布的特征

  1、泊松分布是一種描述和分析稀有事件的概率分布。要觀察到這類事件,樣本含量n必須很大。

  2、λ是泊松分布所依賴的唯一參數(shù)。λ值愈小,分布愈偏倚,隨著λ的增大,分布趨于對稱。

  3、當λ = 20時,分布泊松接近于正態(tài)分布;當λ = 50時,可以認為泊松分布呈正態(tài)分布。在實際工作中,當lambda ge 20時就可以用正態(tài)分布來近似地處理泊松分布的問題。

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