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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(yǔ):loi de Poisson,英語(yǔ):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(jì)與概率學(xué)里常見到的離散機(jī)率分布(discrete probability distribution),由法國(guó)數(shù)學(xué)家西莫恩·德尼·泊松(Siméon-Denis Poisson)在1838年時(shí)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(shí)間(或單位面積)內(nèi)隨機(jī)事件的平均發(fā)生率。

  泊松分布適合于描述單位時(shí)間內(nèi)隨機(jī)事件發(fā)生的次數(shù)。如某一服務(wù)設(shè)施在一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)的人數(shù),電話交換機(jī)接到呼叫的次數(shù),汽車站臺(tái)的候客人數(shù),機(jī)器出現(xiàn)的故障數(shù),自然災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)等等。

  若隨機(jī)變量X取0和一切正整數(shù)值,在n次獨(dú)立試驗(yàn)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(gè)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(dāng)n很大,且在一次試驗(yàn)中出現(xiàn)的概率P很小時(shí),泊松分布近似二項(xiàng)分布。

2.泊松分布使用范圍

Poisson分布主要用于描述在單位時(shí)間(空間)中稀有事件的發(fā)生數(shù). 即需滿足以下四個(gè)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(shí)間,長(zhǎng)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(dú)立的;

4.當(dāng)給定區(qū)域變得非常小時(shí),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(shí)間內(nèi)的放射次數(shù);

2.在單位容積充分搖勻的水中的細(xì)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(shè)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(qiáng)度lambda (常數(shù))等于單位長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)目的期望值。即對(duì)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(dú)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(dāng)大時(shí),近似服從正態(tài)分布:N(m,m)

四、二項(xiàng)分布的Poisson分布近似

設(shè)Xi~B (ni πi),則當(dāng)ni→∞,πi很小,且niπi = μ保持不變時(shí),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(duì)稱。

  3、當(dāng)λ = 20時(shí),分布泊松接近于正態(tài)分布;當(dāng)λ = 50時(shí),可以認(rèn)為泊松分布呈正態(tài)分布。在實(shí)際工作中,當(dāng)lambda ge 20時(shí)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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