物流系统仿真课件第讲概率基础培训资料.ppt
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1、统计学统计学STATISTICS物流系统仿真课件第讲概率基础统计学统计学STATISTICS一、随机变量的概念一、随机变量的概念随机变量随机变量表示随机试验结果的变量表示随机试验结果的变量取值是随机的,事先不能确定取哪一个值取值是随机的,事先不能确定取哪一个值 一个取值对应随机试验的一个可能结果一个取值对应随机试验的一个可能结果用大写字母如用大写字母如X、Y、Z.来表示,具体取值来表示,具体取值则用相应的小写字母如则用相应的小写字母如x、y、z来表示来表示 根据取值特点的不同,可分为根据取值特点的不同,可分为:离散型离散型随机变量随机变量取值可以一一列举取值可以一一列举连续型连续型随机变量随机
2、变量取值不能一一列举取值不能一一列举统计学统计学STATISTICS二、随机变量的概率分布二、随机变量的概率分布3.2 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布 1.1.离散型随机变量的概率分布离散型随机变量的概率分布离散型随机变量的概率分布离散型随机变量的概率分布 2.2.连续型随机变量的概率密度连续型随机变量的概率密度连续型随机变量的概率密度连续型随机变量的概率密度 3.3.分布函数分布函数分布函数分布函数统计学统计学STATISTICS1.离散型随机变量的概率分布离散型随机变量的概率分布X的的概率分布概率分布X的有限个可能取值为的有限个可能取值为xi与其概率与其概率 pi(i=1,2,3
3、,n)之间)之间的对应关系。的对应关系。概率分布具有如下两个基本性质概率分布具有如下两个基本性质:(1)pi0,i=1,2,n;(2)统计学统计学STATISTICS离散型离散型概率分布的表示:概率分布的表示:概率函数:概率函数:P(X=xi)=pi分布列:分布列:分布图分布图X=xix1x2xnP(X=xi)=pip1p2pn0.60.300 1 2 xP(x)图图3-5 例例3-9的概率分布的概率分布统计学统计学STATISTICS2.连续型随机变量的概率密度连续型随机变量的概率密度 连续型随机变量的概率分布只能表示为:连续型随机变量的概率分布只能表示为:数学函数数学函数概率密度函数概率密
4、度函数f(x)和分布函数和分布函数F(x)图图 形形概率密度曲线和分布函数曲线概率密度曲线和分布函数曲线概率密度函数概率密度函数f(x)的函数值不是概率。的函数值不是概率。连续型随机变量取某个特定值的概率等于连续型随机变量取某个特定值的概率等于0只能计算随机变量落在一定区间内的概率只能计算随机变量落在一定区间内的概率由由x轴以上、概率密度曲线下方面积来表示轴以上、概率密度曲线下方面积来表示统计学统计学STATISTICS概率密度概率密度f(x)的性质的性质(1)f(x)0。概率密度是非负函数。概率密度是非负函数。(2)所有区域上取值的概率总和为所有区域上取值的概率总和为1。随机随机变变量量X在
5、一定区在一定区间间(a,b)上的概率:)上的概率:f f(x x)xab统计学统计学STATISTICS3.分布函数分布函数适用于两类随机变量概率分布的描述适用于两类随机变量概率分布的描述分布函数的定义:分布函数的定义:F(x)PXx连续型随机变量的分布函数连续型随机变量的分布函数离散型随机变量的分布函数离散型随机变量的分布函数 F(x)f f(x x)xx0F F(x x0 0 )分布函数分布函数与与概率密度概率密度统计学统计学STATISTICS三、随机变量的数字特征三、随机变量的数字特征3.2 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布 1.1.随机变量的数学期望随机变量的数学期望随机变量
6、的数学期望随机变量的数学期望 2.2.随机变量的方差和标准差随机变量的方差和标准差随机变量的方差和标准差随机变量的方差和标准差 3.3.两个随机变量的协方差和相关系数两个随机变量的协方差和相关系数两个随机变量的协方差和相关系数两个随机变量的协方差和相关系数统计学统计学STATISTICS1.随机变量的数学期望随机变量的数学期望又称均值又称均值描述一个随机变量的概率分布的中心位置描述一个随机变量的概率分布的中心位置离散型随机变量离散型随机变量 X的数学期望的数学期望:相当于所有可能取值以概率为权数的平均值相当于所有可能取值以概率为权数的平均值连续型随机变量连续型随机变量X 的数学期望:的数学期望
7、:统计学统计学STATISTICS数学期望的主要数学性质数学期望的主要数学性质若若k是一常数,则是一常数,则 E(k X)k E(X)对于任意两个随机变量对于任意两个随机变量X、Y,有,有 E(X+Y)E(X)E(Y)若两个随机变量若两个随机变量X、Y相互独立,则相互独立,则 E(XY)E(X)E(Y)统计学统计学STATISTICS2.随机变量的方差随机变量的方差方差是它的各个可能取值偏离其均值的方差是它的各个可能取值偏离其均值的离差平方的均值,记为离差平方的均值,记为D(X)或或2公式:公式:离散型随机变量的方差:离散型随机变量的方差:连续型随机变量的方差:连续型随机变量的方差:统计学统计
8、学STATISTICS方差和标准差方差和标准差(续)(续)标准差标准差方差的平方根方差的平方根方差和标准差都反映随机变量取值的分散方差和标准差都反映随机变量取值的分散程度。程度。它们的值越大,说明离散程度越大,其概率它们的值越大,说明离散程度越大,其概率分布曲线越扁平。分布曲线越扁平。方差的主要数学性质:方差的主要数学性质:若若k是一常数,则是一常数,则 D(k)0;D(kX)k2 D(X)若两个随机变量若两个随机变量X、Y相互独立,则相互独立,则 D(X+Y)D(X)D(Y)统计学统计学STATISTICS【例【例3-10】试求优质品件数的数学期望、方差和标试求优质品件数的数学期望、方差和标
9、准差。准差。解:解:0.6xi012pi0.10.60.3统计学统计学STATISTICS3.两个随机变量的协方差和相关系数两个随机变量的协方差和相关系数协方差的定义协方差的定义 如果如果X,Y独立(不相关),则独立(不相关),则 Cov(X,Y)0 即即 E(XY)E(X)E(Y)协方差在一定程度上反映了协方差在一定程度上反映了X、Y之间的相关性之间的相关性协方差受两个变量本身量纲的影响。协方差受两个变量本身量纲的影响。统计学统计学STATISTICS相关系数相关系数相关系数相关系数具有如下的性质:具有如下的性质:相关系数相关系数是一个无量纲的值是一个无量纲的值 0|1当当=0,两个变量不相
10、关,两个变量不相关(不存在线(不存在线性相关)性相关)当当|=1,两个变量完全线性相关,两个变量完全线性相关 统计学统计学STATISTICS 四、常见离散型随机变量的四、常见离散型随机变量的概率分布概率分布3.2 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布 1.1.二项分布二项分布二项分布二项分布 2.2.泊松分布泊松分布泊松分布泊松分布 3.3.超几何分布超几何分布超几何分布超几何分布统计学统计学STATISTICS1.二项分布二项分布(背景)(背景)(背景)(背景)n重贝努里试验:重贝努里试验:一次试验只有两种可能结果一次试验只有两种可能结果用用“成功成功”代表所关心的结果,相代表所关心的
11、结果,相反的结果为反的结果为“失败失败”每次试验中每次试验中“成功成功”的概率都是的概率都是 p n 次试验相互独立。次试验相互独立。统计学统计学STATISTICS1.二项分布二项分布在在n重贝努里试验中,重贝努里试验中,“成功成功”的次数的次数X服从参数为服从参数为n、p的二项分布,的二项分布,记为记为 X B(n,p)二项分布的概率函数:二项分布的概率函数:二项分布的数学期望和方差:二项分布的数学期望和方差:n1时,二项分布就成了二点分布(时,二项分布就成了二点分布(0-1分布)分布)统计学统计学STATISTICS二项分布图形二项分布图形p0.5时,二项分布是以均值为中心对称时,二项分
12、布是以均值为中心对称p0.5时,二项分布总是非对称的时,二项分布总是非对称的p0.5时峰值在中心的右侧时峰值在中心的右侧随着随着n无限增大,二项分布趋近于正态分布无限增大,二项分布趋近于正态分布p=0.3p=0.5p=0.7二项分布图示二项分布图示统计学统计学STATISTICS【例【例3-11】某单位有某单位有4辆汽车,假设每辆车在一年中至辆汽车,假设每辆车在一年中至多只发生一次损失且损失的概率为多只发生一次损失且损失的概率为0.1。试求。试求在一年内该单位:(在一年内该单位:(1)没有汽车发生损失)没有汽车发生损失的概率;(的概率;(2)有)有1辆汽车发生损失的概率;辆汽车发生损失的概率;
13、(3)发生损失的汽车不超过)发生损失的汽车不超过2辆的概率。辆的概率。解:解:每辆汽车是否发生损失相互独立的,且每辆汽车是否发生损失相互独立的,且损失的概率相同,因此,据题意,在损失的概率相同,因此,据题意,在4辆汽辆汽车中发生损失的汽车数车中发生损失的汽车数X B(4,0.1)。统计学统计学STATISTICS利用利用Excel计算二项分布概率计算二项分布概率进入进入Excel表格界面,点击任一空白单元格(作表格界面,点击任一空白单元格(作为输出单元格)为输出单元格)点击表格界面上的点击表格界面上的 fx 命令命令 在在“选择类别选择类别”中点击中点击“统计统计”,在,在“选择函选择函数数”
14、中点击中点击“BINOMDIST”在在Number_s后填入试验成功次数后填入试验成功次数 x(本例为本例为2);在在Trials后填入总试验次数后填入总试验次数 n(本例为本例为4);在在Probability_s后填入成功概率后填入成功概率 p(本例为本例为0.1);在在Cumulative后填入后填入0(或或FALSE),表示计算成功次,表示计算成功次数等于指定值的概率数等于指定值的概率“BINOMDIST(2,4,0.1,0)”用用EXCEL计计算算二项二项分布分布的概率的概率统计学统计学STATISTICS2.泊松分布泊松分布 X 服从泊松分布,记为服从泊松分布,记为XP():E(X
15、)=D(X)=当当 很小时,泊松分布呈偏态,并随着很小时,泊松分布呈偏态,并随着增增大而趋于对称大而趋于对称当当为整数时,为整数时,和(和(-1)是最可能值)是最可能值统计学统计学STATISTICS泊松分布(应用背景)泊松分布(应用背景)通常是作为稀有事件发生次数通常是作为稀有事件发生次数X的概率分布模的概率分布模型。型。一段时间内某繁忙十字路口发生交通事故的次数一段时间内某繁忙十字路口发生交通事故的次数一定时间段内某电话交换台接到的电话呼叫次数一定时间段内某电话交换台接到的电话呼叫次数服从泊松分布的现象的共同特征服从泊松分布的现象的共同特征在任意两个很小的时间或空间区间内事件发生次数在任意
16、两个很小的时间或空间区间内事件发生次数是相互独立的;是相互独立的;各区间内事件发生次数只与区间长度成比例,与区各区间内事件发生次数只与区间长度成比例,与区间起点无关;间起点无关;在一段充分小的区间内事件发生两次或两次以上的在一段充分小的区间内事件发生两次或两次以上的概率可以忽略不计概率可以忽略不计统计学统计学STATISTICS【例【例3-12】设某种报刊的每版上错别字个数服从设某种报刊的每版上错别字个数服从 =2的泊松分布。随机翻看一版,求:的泊松分布。随机翻看一版,求:(1)没有错别字的概率;)没有错别字的概率;(2)至多有)至多有5个错别字的概率。个错别字的概率。解:解:设设X每版上错别
17、字个数,则所求概每版上错别字个数,则所求概率为:率为:利用利用EXCEL计算计算泊松分布的泊松分布的概率概率统计学统计学STATISTICS二项分布的泊松近似二项分布的泊松近似【前提】【前提】当当n很大而很大而 p又很小时,二项分布可用又很小时,二项分布可用参数参数np 的泊松分布近似的泊松分布近似【例【例3-13】一工厂有某种设备一工厂有某种设备80台,配备了台,配备了3个个维修工。假设每台设备的维修只需要一个维修维修工。假设每台设备的维修只需要一个维修工,设备发生故障是相互独立的,且每台设备工,设备发生故障是相互独立的,且每台设备发生故障的概率都是发生故障的概率都是0.01。求设备发生故障
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