概率统计建模方法

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时间:2019-11-24

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1、第1章概率方法建模简介第5章马氏链模型第2章数据统计描述和分析第6章时间序列模型第3章方差分析第7章主成分分析及应用第4章回归分析第8章判别分析简介及应用主讲:山东大学数学学院陈建良1第1章概率方法建模简介自然界中的现象总的来说可以概括为两大现象:确定性现象和随机现象在确定性现象中可以忽略随机因素的影响,在随机现象中必须考虑随机因素的影响。确定性离散模型,主要使用差分方程方法、层次分析方法以及比较简单的图的方法和逻辑方法等方法建立模型;确定性连续模型,主要使用微积分、微分方程及其稳定性、变分法等方

2、法建立模型;随机性模型,是指研究的对象包含有随机因素的规律,以概率统计为基本数学工具,其结果通常也是在概率意义下表现出来。随机因素的影响可以用概率、平均值(即数学期望)等的作用来体现。2§1概率论基础知识一、几个重要计算概率公式1.加法公式nnnnnn−1PA()()∪∩ii=−∑∑PAP()AiAj+∑P(AiAjAk)(+"+−1)()PAii=1ii=≤11

3、)=PB()3.乘法公式若PAA()"A>0则12n−1PAA()"

4、"A=PAPAA()(

5、)PAAA(

6、)"A12nn12112n−134.全概率公式AA,,""为Ω的完备事件组,则12∞PB()=⋅∑PBAPA(

7、)()iii=15.贝叶斯(Bayes)公式AA,,""为Ω的完备事件组,则,12PBAPA(

8、)()⋅iiPAB(

9、)=i∞∑PBAPA(

10、)()ii⋅i=14二、常见概率分布及其数字特征1.二项分布X~B(n,p)kknk−P==PXkCp{}(=−1)p,0k=,1,",nknEXn=pD,(Xn=−pp1)主要应用在比率的研究中,如产品合格率

11、等。2.泊松分布P(λ)k−λλePXk{}==,0k=,1,2,,"EXDX==λk!主要应用在服务领域,研究泊松流的分布规律。53.负二项分布(巴斯卡分布)记C={第r次成功发生在第k次试验上},则其概率为krr−1k−rf(;,)krpC=pqk−1r=1时即为几何分布(也称为等待分布)---无记忆性4.区间[a,b]上的均匀分布记作U[a,b]⎧ab+⎧1EX=⎪,[x∈ab,]⎪⎪2密度函数fx()=⎨ba−⎨2⎪⎩0,x∉[,]ab⎪DX=()ba−⎪⎩1265.指数分布(具有无记忆性

12、)−λx⎧λex,0≥11密度函数fx()==⎨,EX,DX=2⎩0,x<0λλ主要应用在产品寿命的研究领域。26.正态分布N(μ,σ)2()x−μ−122密度函数f()xe=⋅∈σ,xR2πσ⋅2EX==μ,DXσ正态分布应用领域比较广泛。此外还有一些分布,例如伽玛分布、威布尔分布、贝塔分布等。7三、林德贝格-勒维中心极限定理设X,…,X独立同分布,且有有限的期望和方差,则1nnn⎛⎞广泛应用在金∑∑XEXkk−⎜⎟近似融、经济、社会kk==11⎝⎠~(N0,1)n等各个领域的随∑DXk机模拟试

13、验中。k=1例如:高尔顿钉板试验8§2概率方法建模实例分析实例一、报童的策略问题1.问题描述报童每天清晨从报站批发报纸零售,晚上将未卖完的报纸退回。设每份报纸的批发价为b,零售价为a,退回价为c,且设a>b>c,因此报童每售出一份报纸赚(a-b),退回一份赔(b-c)。若批少了不够买就会少赚,若批多了买不完就赔钱,报童如何确定每天批发报纸的数量,才能获得最大收入?92.分析显然应根据需求量来确定批发量。一种报纸的需求量是一随机变量。假定报童通过自己的实践经验或其它方式掌握了需求量的随机规律,即在他

14、的销售范围内每天报纸的需求量为X=x份的概率为P(x),则通过P(x)和a,b,c就可建立关于批发量的优化模型。3.数学模型设每天批发量为n,因需求量x是随机的,因此x可以小于、等于或大于n,从而报童每天的收入也是随机的,作为优化模型的目标函数,应考虑他长期(半年、一年等)卖报的日平均收入。据概率论中的大数定律,这相当于报童每天收入的期望值(以下简称平均收入)。10设报童每天批发进n份报纸时的平均收入为S(n),若某天需求量x≤n,则他售出x份,退回(n-x)份;若这天需求量x>n,则n份报纸全部

15、卖出。因需求量为x的概率为P(x),故平均收入为n∞Sn()=−∑∑[(abxbcnxPx)−(−−+−)()]()(abnPx)()xx==01n+所需考虑的问题变为:当P(x)及a,b,c已知时,求使S(n)达到最大值的n。114.模型求解为便于分析和计算,同时考虑需求量x的取值和n都相当大,故将x视为连续变量,这时概率P(x)转化为概率密度函数f(x)(或分布函数),S(n)的表达式变为n∞Sn()=−−∫∫[(abxbcnxfxdx)(−−)()]()+−(abnfxdx)

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