超几何分布

更新时间:2024-04-24 23:00

超几何分布是统计学上一种离散概率分布。它描述了从有限N个物件(其中包含M个指定种类的物件)中抽出n个物件,成功抽出该指定种类的物件的次数(不放回)。称为超几何分布,是因为其形式与“超几何函数”的级数展式的系数有关。

定义

产品抽样检查中经常遇到一类实际问题,假定在N件产品中有M件不合格品,即不合格率。

在产品中随机抽n件做检查,发现k件不合格品的概率为,k=t,t+1,…,s。其中s是M与n中的较小者,t在n不大于合格品数(即n≤N-M)时取0,否则t取n减合格品数之差(即t=n-(N-M))。

亦可写作(与上式不同的是M可为任意实数,而C表示的组合数M为非负整数)

为古典概型的组合形式,a为下限,b为上限,此时我们称随机变量X服从超几何分布(hypergeometric distribution)。

需要注意的是:

(1)超几何分布的模型是不放回抽样。

(2)超几何分布中的参数是N,n,M,上述超几何分布记作X~H(N,n,M)。

应用

示例

已经知道某个事件的发生概率,判断从中取出一个小样本,该事件以某一个机率出现的概率问题。

例:在一个口袋中装有30个球,其中有10个红球,其余为白球,这些球除颜色外完全相同。游戏者一次从中摸出5个球。摸到至少4个红球就中一等奖,那么获一等奖的概率是多少?

解:由题意可见此问题归结为超几何分布模型。

其中N = 30. D = 10. n = 5.

P(一等奖) = P(X=4) + P(X=5)

由公式 ,k=0,1,2,...得:

P(一等奖) = 106/3393

期望

定理:对超几何分布X~H(N,M,n) ,随机变量X的数学期望 .

引理一:

引理二:

引理证明:它们均可用恒等式(1+x)M-1(1+x)N-M=(1+x)N-1两边的展开式中含xn-1项的系数相等证明。仅以(2)中n≤M的情形证明如下:的展开式中含xn-1项的系数为(注意N-M)

定理证明:当M=N=1时,X的分布列P(X=1)=1,且有n=1,可得此时欲证成立。

当M=1,N≥2时,X的分布列为:

所以(引理一(2))

下证M≥2时也成立,又分两种情形:

(1)又当n≤N-M时,X的分布列见超几何分布的定义有

(2)又当n>N-M时,X的分布列见超几何分布的定义有

因此定理获证

方差

对X~H(N,M,n), .

证明:D(X)=E(X2)-E(X)2 (此公式利用定义式简单展开即得)

(提取,变形)

(拆项,变形)

(拆开∑,就是分组求和

(化简即得)

超几何分布和二项分布的联系

(1)在超几何分布中,当 时, (二项分布中的p)。

(2)当 时,超几何分布的数学期望

(3)当时,超几何分布的方差(二项分布的方差)。

(4)当时,超几何分布近似为二项分布。

函数代码

超几何分布计算函数

function HYPGEOMDIST(kkk,n,MM,NN)

for k=kkk to n

AA=1

BBA=1

BBB=1

lll=n

for i= 0 to k-1

BBA=BBA*(MM-i)/(NN-i)

next

for j= k to n

BBB=BBB*(NN-MM-j+k)/(NN-j)

next

BBs=BBB*BBA

if lll-k>k then

x=K

Else x=lll-k

end if

for i=1 to x

lll=lll-1

next

HYPGEOMDIST=HYPGEOMDIST+BBS

next

end function

response.write HYPGEOMDIST(200,2200,1000,17000)

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