概率母函数

几何分布的概率母函数1.引言1.1 概述几何分布是概率论与统计学中一种常见的离散概率分布。

它描述了在一系列独立的伯努利试验中，第一次成功所需的次数的概率分布。

在几何分布中，每次试验都只有两个可能的结果，即成功或失败。

成功的概率保持不变，并且每次试验都是相互独立的。

几何分布最常见的应用是在分析首次成功的情况，比如掷硬币直到出现正面的次数、试验直到观察到一颗坏的机器等。

概率母函数是一种描述离散概率分布的有效工具。

它能够将概率分布的特征转化为数学表达式，从而帮助我们更好地理解和分析分布的性质。

本文将重点讨论几何分布的概率母函数及其性质。

首先，我们将介绍几何分布的定义和特点，包括其数学表达式、期望和方差等。

然后，我们会详细讨论几何分布的概率母函数，并探究其在分布性质推导和统计推断中的作用。

通过研究几何分布的概率母函数，我们可以更深入地理解几何分布的特点和性质。

同时，我们也可以借助概率母函数的计算和性质，进行几何分布相关问题的求解和统计分析。

最后，我们将总结几何分布的概率母函数的重要性，并展望其在实际应用中的潜力。

几何分布作为一种重要的概率模型，在实际中有着广泛的应用。

例如，在可靠性工程、经济学、生物学和市场营销等领域中，几何分布的概率母函数可以帮助我们对随机事件的发生进行建模和分析，从而做出更准确的预测和决策。

总之，本文旨在探讨几何分布的概率母函数及其在实际应用中的重要性和潜力。

通过深入研究几何分布的概率母函数，我们可以更好地理解和分析几何分布的特点，并将其应用于实际问题的求解与分析中。

1.2文章结构文章结构部分内容可以按照以下方式编写:文章结构：本文分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要对几何分布的概率母函数进行概述，并介绍了文章的结构和目的。

正文部分主要从两个方面进行探讨。

首先，在2.1节中，我们将给出几何分布的定义和特点，明确几何分布在概率论中的地位和基本性质。

其次，在2.2节中，我们将详细介绍几何分布的概率母函数及其性质。

负二项分布两种定义下的概率母函数及生物学应用严水仙;高淑京【摘要】本文给出了负二项分布两种不同定义下概率母函数,利用两种不同的方法计算出概率母函数的表达式,最后解释了纯生过程服从负二项分布及其生物学意义.【期刊名称】《赣南师范学院学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】3页(P14-16)【关键词】负二项分布;概率母函数;纯生过程【作者】严水仙;高淑京【作者单位】赣南师范学院数学与计算机科学学院,江西赣州341000;赣南师范学院数学与计算机科学学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】O212.1在概率论、随机过程及种群生态学等领域，负二项分布以其特殊有趣的性质而占有非常重要的地位.负二项分布可用于寄生虫病学、昆虫学、种群生态学、微生物学及流行病学的研究，它在医学上主要用于研究聚集性疾病及微生物、寄生虫分布等数学模型.作为重要的离散型随机变量，负二项分布两种不同定义、性质及结构在国内外有很多研究[1,2].概率母函数在研究离散型随机变量的性质时有着非常重要的作用，它也是研究网络传播动力学建模的一种新方法[3].本文主要给出了负二项分布两种不同定义下概率母函数表达式的计算方法，并结合生物学意义解释了纯生过程服从负二项分布.在伯努利试验中[1]，记每次试验中事件A成功发生的概率为p，不成功发生的概率为q=1-p.定义1 在伯努利试验序列中，如果X为事件A第n次成功发生时的试验次数，则X的可能取值为n,n+1,…，称X服从负二项分布或帕斯卡分布，其分布列为pnqk-n, k=n,n+1,…,记X~Nb(n,p)，(当n=1时，即为几何分布).定义2 在伯努利试验序列中，如果Y表示事件A第n次成功发生时事件A不成功发生的次数，则Y的可能取值为0,1,2,…，称Y服从负二项分布，其分布列为pn(1-p)k, k=0,1,2,….定义3 设是一个实数数列，若在某个区间b<x<c内收敛，则称f(x)是序列的母函数(也称生成函数).定义4 若X是取值为非负整数的离散型随机变量，其分布列为P(X=k)=pk,k=0,1,2,…则称为离散型随机变量X的概率母函数(Probability Generating Function,简称PGF)例1 二项分布的概率母函数为.例2 几何分布pk=qk-1p, k=1,2,…,pk=qkp, k=0,1,2,…的概率母函数为.性质1 已知离散型随机变量X的概率母函数为f(x)，则其概率分布可唯一确定且其概率分布为x=0.性质1说明了离散型随机变量X的概率分布与概率母函数的关系.性质2 离散型随机变量X的概率分布为pk，其概率母函数为，则随机变量X的期望可表示为(1).方差可表示为Var(X)=E[X2]-(E[X])2=f″(1)+f′(1)-[f′(1)]2.由性质1，2可得服从二项分布的随机变量X期望为p.方差为Var(X)=f″(1)+f′(1)-[f′(1)]2=np(1-p).性质3 若随机变量X,Y相互独立，对应的概率母函数分别为f(x),g(x)，则随机变量X+Y的概率母函数为f(x)g(x).(相关证明请参阅文献[4])定理1 若X是服从定义1的随机变量，则其对应的概率母函数为证明当n=1时，则,显然成立.此时函数为几何分布的概率母函数.假设当n=m-1时命题成立，则有.若n=m，则.由数学归纳法知，定理1得证.由定理1可得负二项分布概率母函数的一阶导，二阶导根据概率母函数的性质得，定义1对应得负二项分布期望为：方差为：定理2 若Y是服从定义2的随机变量，则其对应的概率母函数. 证明当n=1时，有下式成立,此时函数为几何分布在另一种定义下对应的概率母函数.假设当n=m-1时命题成立，则有下式成立.如果n=m，则有由数学归纳法，定理2得证.同理，根据概率母函数的性质2，可得到随机变量Y 服从负二项分布定义1的期望和方差分别为：, .根据性质3及负二项分布为几何分布的重独立试验，由例2中几何分布的概率母函数，同样可得定理1及定理2的结论.在时间连续状态离散的随机过程研究中，生灭过程占有十分重要的地位.它能够解释许多生物学(种群生态学)现象，其中纯生过程是一类特殊的生灭过程.纯生过程是泊松过程的一种自然推广，是考虑一个生物种群在保证环境优良、食物充足、没有死亡、不考虑迁移的理想环境下的生长模型.在流行病学的研究中纯生过程可有用来建立新病例增长的数学模型.设随机过程{X(t)∶t∈[0,∞)}是时间连续状态离散的纯生过程，X(t)代表t时刻种群的数量，不考虑种群死亡及环境迁移等因素，并且种群的初始数量为X(0)=N.令pj,i(t)=Prob{X(t)=j|X(0)=i}表示在i状态经过t时刻后在j状态的转移概率，pi(t)=Prob{X(t)=i}表示t时刻在i状态的概率, 当Δt充分小时，无穷小转移概率为：其中参数λ是常数.因为纯生过程只有出生，不考虑死亡，种群的大小只可能增加.概率pi(t)=Prob{X(t)=i}是前向Kolmogorov微分方程dp/dt=Qp的解，其中Q 是生成矩阵,p=(p0(t),p1(t),p2(t),…)tr这里有初始条件为.利用概率母函数法求解偏微分方程(详细求解请参阅文献[5-6])可得：上式表明简单的纯生过程服从负二项分布.由公式可得，简单纯生过程的的期望和方差是m(t)=N/p=Neλt, σ2(t)=Nq/p2=Ne2λt(1-e-λt). 即简单纯生过程的期望是满足X(0)=N的指数增长过程.方差也随时间指数增加.【相关文献】[1] 茆诗松，程依明，濮晓龙.概率论与树立统计教程[M].(第2版).北京：高等教育出版社，2011.[2] 康殿统.负二项分布的结构研究[J].华中师范大学学报，2015，(3)：339-343.[3] 靳祯，孙桂全，刘茂省.网络传染病动力学建模与分析[M].北京：科学出版社，2014.[4] 林元烈.应用随机过程[M].北京：清华大学出版社，2002.[5] Linda J.S.Allen.An Introduction to Stochastic Processes with Applications to Biology (Second Edition)[M].New York: Taylor & Francis Group,2011.[6] 何书元.随机过程[M].北京：北京大学出版社，2013.·算法设计与应用·。

概率母函数--解决离散型随机变量相关问题的利器（上）在过去的学习中，大家已经能熟练求解"抛一枚均匀硬币，连续出现两次正面朝上的次数的期望"。

但是如果连续出现5 次、10 次、甚至n次正面朝上，该如何解决呢？或者在平时的学习中，是否会为求解一些随机变量和的分布乃至随机个随机变量和的分布，而艰辛计算其概率函数，为冗杂的计算而苦恼呢？本文将为大家介绍一个研究离散型随机变量分布的重要分析工具------概率母函数。

它不仅能帮我们便利地解决以上问题，较为轻松地得到随机变量的分布，还能有效地帮助我们认识和探究随机过程。

直观理解相信大家看到这个名字都颇感眼熟，过去我们在概率论以及随机过程等课程中学习过"矩母函数"和“特征函数”。

而他们某种程度上比较相像，都是设法引进适当的变换，将分布的常见刻画方式变换为与它具有对应关系的、易于考察的另一类形式，对新形式处理完毕后，把所得的结果再变换到原始形式，以此化难为易，以简驭繁地解答有关概率以及分布的问题。

现在,我们来认识一下它的英文名------Probability Generating Functions。

这个名字揭示了概率母函数的一个重要用途，能用来生成一个分布的所有概率。

可能过程很单一枯燥，但是它却能告诉我们关于这个分布我们想知道的全部信息。

在此，我们给出概率母函数的定义：如果 X 是在非负整数域{0，1，...} 上取值的离散型随机变量，那么 X 的概率母函数定义为：但在使用过程中，我们一般不会用这种带着无限以及求和号的式子，我们一般会利用级数的知识把它化成简单的函数。

以我们十分熟悉的二项分布为例：由此，我们即可得到二项分布的概率母函数。

下面我们将根据概率母函数的定义探究其基本性质，并将它们应用于概率与分布的计算和刻画一个分布的数字特征，以及解决文章开头提到的探究随机变量和的分布乃至随机个随机变量和的分布等问题。

主要性质当 s 取特殊值时概率母函数与概率的关系我们可以发现，P（X=0）可以由G X（0）求出，我们猜测概率母函数可以求出任何一点的概率。

特征函数、母函数、矩母函数确定随机变量的概率密度函数/分布律 方便求解独立随机变量和的分布函数一类问题可以通过微分运算求随机变量的数字特征1．特征函数：设随机变量ξ的分布函数为Ｆ(x), 概率密度函数为f(x), 称：(){}()()jt jtx jtx t E e e dF x e f x dx ξ∞∞−∞−∞Φ===∫∫ 为随机变量ξ的分布函数的特征函数，或ξ的特征函数,特征函数是概率密度函数的付氏变换。

特征函数的性质：1．特征函数与概率密度函数相互唯一地确定；2．两个相互统计独立的随机变量和的特征函数等于各个随机变量特征函数的积；3．特征函数与随机变量的数字特征的关系：()0()|{}k k k t t j E ξ=Φ=典型随机变量的特征函数1． 两点分布的特征函数：()jt t q pe Φ=+2． 二项式分布的特征函数：()()n jt t q pe Φ=+3． 几何分布：()1jtjtpe t qe Φ=− 4． 泊松分布(λ)：(1)()jt e t eλ−−Φ= 5． 正态分布2(,)N σ∂：22()exp{}2t t j t σΦ=∂−6． 均匀分布[0，1]：1()jt e t jt−Φ= 7． 负指数分布：()t jtλλΦ=−2．母函数研究分析非负整值随机变量时，可以采用母函数法：对于一个取非负整数值n=0,1,2,……，的随机变量x ，，其相应的矩生成函数定义为： 0()()n n z p x n z ∞=Φ==⋅∑(1/)z Φ是序列()p x n =的正常的z 变换母函数的性质：1． 两个相互统计独立的随机变量和的母函数等于各个随机变量的母函数的积。

2． 随机个独立同分布的非负整值随机变量和的矩生成函数是原来两个母函数的复合(见附合泊松过程的应用)3．()000(),()!1,2,k k z z z p z k p k ==Φ=Φ=="通过母函数有理分式的幂级数展开等方法，得到随机变量的概率分布表达式。

概率母函数的应用与拓展邵良峰;夏道明【摘要】Probability generating function is an important operation tool in probability .This paper concludes some property of probability generating function from its definition,and demonstrates some application of it.Then, it is expanded to generalized probability generating function by the parameter distribution of variable .Thus, the connotation and application of probability gener-ating function is expanded.%概率母函数是概率论中的一个重要运算工具。

本文由概率母函数的定义，总结了它的若干性质，并举例应用。

然后通过变量的参数分布将其推广为广义概率母函数，拓展了概率母函数的内涵和应用。

【期刊名称】《安庆师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P44-47)【关键词】概率母函数;相互独立;广义概率母函数【作者】邵良峰;夏道明【作者单位】合肥电子工程学院基础部，安徽合肥 230037;合肥幼儿师范高等专科学校基础部，安徽合肥 230011【正文语种】中文【中图分类】O157.1在近代数学中，人们常常利用变换的思想来处理问题，其做法是：当处理某类对象甲难以入手时，设法引进适当的变换，把对象甲变换为与它具有对应关系的易于考察的另一类对象乙；对乙处理完毕后，把所得的结果再变换到甲，从而求得关于对象甲所需的结果。

母函数就是源于这一思想产生的[1]，在排列组合、整数分拆、数列、排队论、恒等式推导、概率论等领域中得到广泛应用[2-5]。

母函数种类表在数学中，某个序列 的母函数(又称生成函数)是一种形式幂级数，其每一项的系数可以提供关于这个序列的信息。

使用母函数解决问题的方法称为母函数方法。

母函数可分为很多种，包括普通母函数、指数母函数、L 级数、贝尔级数和狄利克雷级数。

对每个序列都可以写出以上每个类型一个母函数。

构造母函数的目的一般是为了解决某个特定问题，因此选用何种母函数视乎序列本身的特性和问题类型。

母函数表示一般使用解析形式，即写成关于某个形式变量x 的形式幂级数。

对幂级数的收敛半径中的某一点，可以求母函数在这一点的级数和。

但无论如何，由于母函数是形式幂级数的一种，其级数和不一定对每个x 的值都存在。

母函数方法不仅在概率论的计算中有重要地位，而且已成为组合数学中一种重要方法。

此外，母函数在有限差分计算、特殊函数论等数学领域中都有着广泛的应用。

注意母函数本身并不是一个从某个定义域射到某个值域的函数，名字中的“函数”只是出于历史原因而保留。

母函数就是一列用来展示一串数字的挂衣架。

生成函数即母函数，是组合数学中尤其是计数方面的一个重要理论和工具。

生成函数有普通型生成函数和指数型生成函数两种，其中普通型用的比较多。

形式上说，普通型生成函数用于解决多重集的组合问题，而指数型母函数用于解决多重集的排列问题。

“投掷n 粒骰子时，加起来点数总和等于m 可能方式数目可能是展开式中项系数。

1. 普通数母普通母函数就是最常见母函数。

一般来说，序列的母函数是：如果 是某个离散随机变量的概率质量函数，那么它的母函数被称为一个概率母函数。

多重下标的序列也可以有母函数。

例如，序列母函数是。

2. 矩量母函数（母函数）令X 为具有概率密度函数f(x)随机变量，如果X 函数exp （tX ）的期望值存在（-h^2<t<h^2），则称exp(tX)的期望值为X 的矩母函数，记作MX(t)用于描述随机变量的分布状况，其K 次求导，得M(0)的k 次方，也即Y 的K 次方的分布状况，概率理论和统计学上,在其期望值存在时,随机变量X 的矩量母函数为松数母序列的泊松母函数是：4. 数母数（母函数）序列的指数母函数是：尔（卡母函数）关于算术函数 :和 的贝尔级数是：6.级数 （母函数）序列的L 级数是：注意这里的下标 n 从1 而不是0 开始。

负二项分布两种定义下的概率母函数及生物学应用
严水仙;高淑京
【期刊名称】《赣南师范学院学报》
【年(卷),期】2015(36)6
【摘要】本文给出了负二项分布两种不同定义下概率母函数,利用两种不同的方法计算出概率母函数的表达式,最后解释了纯生过程服从负二项分布及其生物学意义.【总页数】3页(P14-16)
【作者】严水仙;高淑京
【作者单位】赣南师范学院数学与计算机科学学院,江西赣州341000;赣南师范学院数学与计算机科学学院,江西赣州341000
【正文语种】中文
【中图分类】O212.1
【相关文献】
1.下凸函数两种定义等价性的一个证明 [J], 周炜
2.论电介质系统两种内能定义U与U*=U-EP下麦氏关系的等价性 [J], 薛怀庆
3.关于两种不同定义下的函数极值与最大(小)值关系的一点探讨 [J], 张武军;魏保军
4.PowerPoint自定义形状及动画在神经生物学教学中的应用 [J], 王文挺;邢俊玲;徐晖;罗层;段建红;胡三觉
5.高水平竞技训练的认识定位与系统训练理论研究进展“系统训练”的定义与应用及其系统生物学原理(二) [J], 李捷;王晓军;李稚;李端英;裘晟
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最佳答案发生函数"的英文原词是generating function。

它的另外两个译名是"生成函数"与"母函数"。

母函数虽词简而意深，但现今已不常用了。

发生函数方法是现代离散数学领域中的重要方法，它能以某种统一的程序方式处理和解决众多不同类型的问题。

生成函数（也有叫做“母函数”的，但是我觉得母函数不太好听）是说，构造这么一个多项式函数g(x)，使得x的n次方系数为f(n)。

生成函数最绝妙的是，某些生成函数可以化简为一个很简单的函数。

也就是说，不一定每个生成函数都是用一长串多项式来表示的。

比如，这个函数f(n)=1 （n 当然是属于自然数的），它的生成函数就应该是g(x)=1+x+x^2+x^3+x^4+...（每一项都是一，即使n=0时也有x^0系数为1，所以有常数项）。

再仔细一看，这就是一个有无穷多项的等比数列求和嘛。

如果-1<x<1，那么g(x)就等于1/(1-x)了。

在研究生成函数时，我们都假设级数收敛，因为生成函数的x没有实际意义，我们可以任意取值。

于是，我们就说，f(n)=1的生成函数是g(x)=1/(1-x)。

我们举一个例子说明，一些具有实际意义的组合问题也可以用像这样简单的一个函数全部表示出来。

考虑这个问题：从二班选n个MM出来有多少种选法。

学过简单的排列与组合的同学都知道，答案就是C(4,n)。

也就是说。

从n=0开始，问题的答案分别是1,4,6,4,1,0,0,0,...（从4个MM中选出4个以上的人来方案数当然为0喽）。

那么它的生成函数g(x)就应该是g(x)=1+4x+6x^2+4x^3+x^4。

这不就是……二项式展开吗？于是，g(x)=(1+x)^4。

你或许应该知道，(1+x)^k=C(k,0)x^0+C(k,1)x^1+...+C(k,k)x^k；但你或许不知道，即使k为负数和小数的时候，也有类似的结论：(1+x)^k=C(k,0)x^0+C(k,1)x^1+...+C(k,k)x^k+C(k,k+1)x^(k+1)+C(k,k+2)x^(k+2) +...（一直加到无穷；式子看着很别扭，自己写到草稿纸上吧，毕竟这里输入数学式子很麻烦）。