随机现象及其统计规律性
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随机数学简介随机数学是描述和研究随机现象的统计规律性的数学理论和方法随机现象是最早被关注的一种不确定现象。
数学家在400多年前开始研究赌博现象,由此形成了概率的早期概念乃至古典概率论(大部分同学在本科学过古典概率论),一批数学家对此作出了贡献。
到19世纪末,数学的发展要求对古典概率论的逻辑基础(象微积分一样)作出严格化。
做出概率严格化第一步的有伯恩斯坦,布雷尔等人,尤其是布雷尔,作为测度论的奠基者,首先指出将测度论方法引入概率论的重要性。
布雷尔的工作激起了数学家沿着这一新方向探索的行动。
其中,原苏联数学家哥尔莫戈罗夫在上世纪30年代前后的工作最杰出,他推导了弱大数定理和强大数定理的最一般的结果,在这些研究中,与可测函数论的类比起了极重要的作用,这成为以测度论为基础的概率论公理化的前奏。
由此,现代概率论与随机过程理论建立在一个坚实的基础上。
直到上世纪60年代,第二种不确定现象——模糊现象才被认识到并系统地加以研究,形成了模糊数学。
不确定数学和确定数学(又称为经典数学)在逻辑上存在两大区别:一是经典数学属于{0, 1}二值逻辑,而不确定数学则属于[0,1]无限逻辑;二是确定数学满足形式逻辑的四大定律,而不确定数学不满足其中的排中律。
随着数学和整个科学的现代化进程,具有种种不确定性的现象不断发现,从而发展成有关的理论。
例如,混沌理论,耗散理论,非线性理论,计算复杂性中的P = ?NP问题等,它们的共同逻辑特征都不属于典型的形式逻辑范畴,“四大定律”不完全满足。
现在统称这些领域为复杂性数学。
这样,不确定数学现在包括随机数学,模糊数学和复杂性数学。
我们在研究生数学课程体系中集中安排了随机数学的几门重要课程。
随机数学一般被认为由概率论,随机过程,数理统计,时间序列分析,多元统计分析等分支组成(它们自己分成程度不同的课程),这些分支还与其它学科结合,构成了很多应用性很强的学科,如随机运筹学等,包括排队论,Markov 决策论,库存论等。
数学中的概率与统计揭秘随机事件的规律与趋势数学中的概率与统计学是一门研究随机事件的规律与趋势的学科,它在各个领域具有广泛的应用。
通过概率与统计的方法,我们可以揭示事物背后的规律,做出科学决策,并为未来的发展提供依据。
本文将探讨数学中的概率与统计,并揭秘随机事件的规律与趋势。
一、概率的基本概念概率是描述事件发生可能性的数值,它介于0和1之间。
0表示不可能事件,1表示必然事件,其他数值表示事件发生的可能性大小。
概率可以通过实验、经验或数学推导得到。
例如,掷硬币的结果是正面或反面,两种结果的概率都是0.5。
二、概率的计算方法1.古典概型:对于等可能发生的事件,可以用古典概型来计算概率。
例如,一枚骰子的点数有6个可能结果,每个结果的概率都是1/6。
2.几何概型:对于连续随机事件,可以用几何概型计算概率。
例如,某地每天的降雨量服从正态分布,我们可以通过计算曲线下的面积来得到某个降雨量区间的概率。
3.条件概率:当事件A的发生受到其他事件B的影响时,我们可以通过条件概率来计算事件A在已知B发生的情况下的概率。
例如,在试卷成绩已知的情况下,计算学生得到A的概率。
三、统计学的基本概念统计学是研究数据收集、分析和解释的学科。
它通过对样本进行推断,来获取总体的信息。
统计学在科学研究、社会调查和商业决策中起着重要的作用。
1.总体和样本:总体是指研究对象的整体,样本是从总体中选取的一部分。
通过对样本进行统计分析,我们可以推断总体的特征。
2.描述统计学和推断统计学:描述统计学用来描述数据的集中趋势和离散程度。
推断统计学则利用样本数据来推断总体的特征,并给出估计值和置信区间。
3.参数和统计量:在统计学中,总体的特征称为参数,样本的特征称为统计量。
通过统计量估计参数可以帮助我们了解总体的特征。
四、概率与统计的应用概率与统计学广泛应用于各个领域,包括自然科学、社会科学、工程技术和医学健康等。
1.自然科学:在物理学、化学和生物学等领域,概率与统计学可以用来分析实验数据,验证科学假设,揭示事物的规律。
第一章随机事件与概率1. 从发生的必然性角度区分,现象分为确定性现象和随机现象。
随机现象:在一定条件下,可能出现这样的结果,也可能出现那样的结果,预先无法断言。
统计规律性:在大量重复试验或观察中所呈现的固有规律性。
概率论与数理统计就是研究和揭示随机现象统计规律的一门数学学科,随机现象是概率论与数理统计的主要对象。
(1)概率论:从数量上研究随机现象的统计规律性的科学。
(2)数理统计:从应用角度研究处理随机性数据,建立有效的统计方法,进行统计推理。
2. (1)试验的可重复性——可在相同条件下重复进行;(2)一次试验结果的随机性——一次试验之前无法确定具体是哪种结果出现,但能确定所有的可能结果;(3)全部试验结果的可知性——所有可能的结果是预先可知的。
在概率论中,将具有上述三个特点的试验成为随机试验,简称试验,记作E。
样本点:试验的每一个可能出现的结果称为一个样本点,记为ω。
样本空间:试验的所有可能结果所组成的集合称为试验E的样本空间,记为Ω。
3. 在一次试验中可能出现也可能不出现的事件,统称为随机事件,记作A,B,C或A1,A2,…随机事件:样本空间Ω的任意一个子集称, 简称“事件”,记作A、B、C等。
事件发生:在一次试验中,当这一子集中的一个样本点出现时。
基本事件:样本空间Ω仅包含一个样本点ω的单点子集{ω}。
两个特殊事件:必然事件Ω、不可能事件φ样本空间Ω包含所有的样本点,它是Ω自身的子集,在每次试验中它总是发生,称为必然事件。
空集φ不包含任何样本点,它也作为样本空间Ω的子集,在每次试验中都不发生,称为不可能事件。
4. 随机事件的关系与运算(1)事件的包含与相等设A,B为两个事件,若A发生必然导致B发生,则称事件B包含A,或称事件A包含在B中,记作B⊃A,A⊂B。
①φ⊂A⊂Ω②若A⊂B且B⊂A,则称A与B相等,记作A=B。
事实上,A和B在意义上表示同一事件,或者说A和B 是同一事件的不同表述。
(2)和事件称事件“A,B中至少有一个发生”为事件A与事件B的和事件,也称为A与B的并,记作A∪B或A+B。