概率积分表(误差函数表)
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正态分布的分布函数公式推导正态分布是一种常见的概率分布,也称为高斯分布。
其概率密度函数为:$$f(x)=dfrac{1}{sigmasqrt{2pi}}e^{-frac{(x-mu)^2}{2sigma^2} }$$其中,$mu$是均值,$sigma$是标准差。
正态分布的分布函数可以通过积分得到,具体推导过程如下:$$F(x)=int_{-infty}^x f(t)dt$$将$f(t)$代入上式得到:$$F(x)=int_{-infty}^xdfrac{1}{sigmasqrt{2pi}}e^{-frac{(t-mu)^2}{2sigma^2}}dt$$ 对$t-mu$进行代换,令$u=dfrac{t-mu}{sigma}$,则有:$$F(x)=int_{-infty}^{frac{x-mu}{sigma}}dfrac{1}{sqrt{2pi}}e^{-frac{u^2}{2}}du$$注意到上式为正态分布的标准正态分布函数,即均值为0,标准差为1的正态分布。
标准正态分布的分布函数没有解析解,但是可以通过数值计算或查表得到。
因此,正态分布的分布函数可以通过标准正态分布的分布函数进行转换。
具体地,设$Z$为标准正态分布的随机变量,则有:$$F(x)=P(Xle x)=P(mu+sigma Zle x)=P(Zledfrac{x-mu}{sigma})=Phi(dfrac{x-mu}{sigma})$$其中,$Phi(z)$表示标准正态分布的分布函数,也称为累积分布函数。
因此,正态分布的分布函数可以表示为:$$F(x)=dfrac{1}{2}[1+mathrm{erf}(dfrac{x-mu}{sigmasqrt{2}}) ]$$其中,$mathrm{erf}(z)$为误差函数,定义为:$$mathrm{erf}(z)=dfrac{2}{sqrt{pi}}int_0^z e^{-t^2}dt$$ 综上所述,正态分布的分布函数可以通过标准正态分布的分布函数进行转换,最终得到误差函数的表达式。
图 6-2 正态分布概率密度函数的曲线正态曲线可用方程式表示。
当n→∞时,可由二项分布概率函数方程推导出正态分布曲线的方程:f(x)= (6.16 )式中: x —所研究的变数; f(x) —某一定值 x 出现的函数值,一般称为概率密度函数(由于间断性分布已转变成连续性分布,因而我们只能计算变量落在某一区间的概率,不能计算变量取某一值,即某一点时的概率,所以用“概率密度”一词以与概率相区分),相当于曲线 x 值的纵轴高度; p —常数,等于 3.1 4159 ……; e —常数,等于 2.71828 ……;μ为总体参数,是所研究总体的平均数,不同的正态总体具有不同的μ ,但对某一定总体的μ 是一个常数;δ 也为总体参数,表示所研究总体的标准差,不同的正态总体具有不同的δ ,但对某一定总体的δ 是一个常数。
上述公式表示随机变数 x 的分布叫作正态分布,记作N( μ , δ2 ) ,读作“具平均数为μ,方差为δ2 的正态分布”。
正态分布概率密度函数的曲线叫正态曲线,形状见图 6-2 。
(二)正态分布的特性1 、正态分布曲线是以x= μ 为对称轴,向左右两侧作对称分布。
因的数值无论正负,只要其绝对值相等,代入公式( 6.16 )所得的 f(x) 是相等的,即在平均数μ 的左方或右方,只要距离相等,其 f(x) 就相等,因此其分布是对称的。
在正态分布下,算术平均数、中位数、众数三者合一位于μ点上。
2 、正态分布曲线有一个高峰。
随机变数 x 的取值范围为( - ∞,+ ∞ ),在( - ∞ ,μ )正态曲线随 x 的增大而上升,;当 x= μ 时, f(x) 最大;在(μ ,+ ∞ )曲线随 x 的增大而下降。
3 、正态曲线在︱x-μ︱=1 δ 处有拐点。
曲线向左右两侧伸展,当x →± ∞ 时,f(x) →0 ,但 f(x) 值恒不等于零,曲线是以 x 轴为渐进线,所以曲线全距从 -∞到+ ∞。
正态分布求导1.正态分布参考博客:概率密度函数的意义:若随机变量 X 服从一个位置参数为 \mu 、尺度参数为 \sigma 的概率分布,且其概率密度函数为:\mu :\mu是正态分布的位置参数,描述正态分布的集中趋势位置。
概率规律为取与\mu邻近的值的概率大,而取离\mu越远的值的概率越小。
正态分布以X=\mu为对称轴,左右完全对称。
正态分布的期望、均数、中位数、众数相同,均等于\mu。
位置(形状)参数控制分布函数形状的变化。
\sigma :σ是正态分布的尺度参数,描述正态分布资料数据分布的离散程度,σ越大,数据分布越分散,σ越小,数据分布越集中。
也称为是正态分布的形状参数,σ越大,曲线越扁平,反之,σ越小,曲线越瘦高。
尺度参数控制分布函数在幅度上的变化。
f(x)=\frac{1}{\sqrt{2 \pi} \sigma} e^{-\frac{(x-\mu)^{2}}{2\sigma^{2}}} (1)则这个随机变量就称为正态随机变量,正态随机变量服从的分布就称为正态分布,记作 X \sim N\left(\mu, \sigma^{2}\right) 。
随机变量:随机变量可以看做是关联了概率值的变量,即变量取每个值有一定的概率。
随机变量取每个具体的值的概率为0,但在落在每一点处的概率是有相对大小的,描述这个概念的,就是概率密度函数。
一般正态分布当\mu=0,\sigma=1时,称为标准正态分布。
X \sim N\left(0,1\right)f(x)=\frac{1}{\sqrt{2 \pi}} e^{-\frac{x^{2}}{2}} (2)标准整体分布2.正态分布的分布函数一般正态分布的分布函数F(x):F(x)=P(X \leqslant x)=\frac{1}{\sqrt{2 \pi} \sigma} \int_{-\infty}^{x} e^{-\frac{(t-\mu)^{2}}{2 \sigma^{2}}} d t (3)。