機率統計

初等的機率論(9)什麼是機率與機率法則?(What are Probability and Law of chance?)

初等的機率論(9)什麼是機率與機率法則?
(Elementary Probability Theory-9. What are Probability and Law of chance?)

國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

連結:初等的機率論(8)隨機變數及其種種性質

摘要:本文以丟銅板問題,逐步探討機率論中幾個重要的法則:「大數法則(law of large numbers)」、「Poisson小數法則(Poisson’s law of small numbers)」、及「中央極限定理(central limit theorem)」。

機率論的兩個核心問題就是要問:

什麼是一個事件的機率(probability)?
什麼是機率法則(the laws of chance)?(甚至是,有沒有機率法則?)

要探索這些問題,我們要遵循德國偉大數學家D. Hilbert (1862-1943) 所說的一句名言:

這是機率論的美妙與幸運,也許是機運女神泰姬(Tyche)特別眷顧機率論吧。

初等的機率論(8)隨機變數及其種種性質(Random Variables and Its properties)

初等的機率論(8)隨機變數及其種種性質
(Elementary Probability Theory-8. Random Variables and Its properties)

國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

連結:初等的機率論(7)獨立事件的概念

摘要:本文分別介紹「離散型」與「連續型」機率分佈(probability distribution)中幾個重要的分佈:「二項分佈(binomial distribution)」、「Poisson分佈」、「常態分佈(normal distribution)」,進而導出其期望值與變異數。並將「Markov不等式」與「Chebyshev不等式」以機率的語言重述之。

一個隨機實驗做下來,就有初等機率空間 $$(\Omega,\mathfrak{A},P)$$,這是精煉隨機實驗所得到的原始機率資料。然而,我們有興趣觀測的往往是某個變量 $$X$$,定義在 $$\Omega$$ 上的一個實值函數 $$X:\Omega\rightarrow\mathbb{R}$$。這就是隨機變數的概念,在統計學上又叫做統計變量。$$X$$ 將 $$(\Omega,\mathfrak{A},P)$$ 上的機率資料,重新改訂成方便於使用的資訊。例如丟兩個骰子,我們要觀測「點數和」是多少。在每一賭局中,賭徒要觀察輸贏額。

初等的機率論(7)獨立事件的概念(The Concept of Independent Events)

初等的機率論(7)獨立事件的概念
(Elementary Probability Theory -7. The Concept of Independent Events)

國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

連結:初等的機率論(6)條件機率與Bayes公式

摘要:本篇從兩個事件「獨立」的概念談起,給出兩個事件及 $$n$$ 個事件獨立的定義,並與排列組合的「乘法原理」連結。最後以兩個反例說明三個事件獨立所需滿足的條件。

機率空間是測度空間的特例,因此有人說機率論是測度論一章。不過,機率論卻有獨特的獨立性(independence)概念,它扮演著關鍵性的角色,從而得到豐富而美麗的機率結果,這使得機率論有別於測度論。

獨立性是機率論的核心概念,探索機率法則(laws of chance)時,我們經常會遇到如下的狀況:將一個銅板獨立地丟 $$n$$ 次,或一個隨機實驗獨立地作 $$n$$ 次。機率法則包括大數法則、Poisson小數法則中央極限定理,這些都是機率論的重要結果。

初等的機率論(5)有限機率空間(Finite Probability Space)

初等的機率論(5)有限機率空間
(Elementary Probability Theory-5. Finite Probability Space)
國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

連結:初等的機率論(4)機率論的甕模型

摘要:這裡針對隨機實驗所有可能出現結果為有限個的情形,探討其機率模型,並給出古典機率的定義,根據此定義及其衍伸的演算規則,舉出四個例子略作說明。

機率論研究的是隨機現象,例如丟銅板、骰子、量子力學、天氣、統計物理、命運、股票之漲跌、經濟的波動、…等等。機率論又是數理統計學與統計物理學與量子力學的基礎。

面對一個隨機現象,首先是對一個隨機現象作隨機實驗,可能是真的做實驗,也可能只是作個觀察(如天氣現象)。隨機實驗會發生什麼結果,事前說不準(uncertainty)。一個事件的發生與否也說不準,於是採用機率的語言來描述事件發生的可能性之大小,例如我們常聽說:明天下雨的機率是 $$30{\%}$$($$= 0.3$$);丟一個公正銅板出現正面的機率是 $$1/2$$;丟一個骰子出現三點的機率是 $$1/6$$。

初等的機率論(4)機率論的甕模型(Urn Model for Probability Theory)

初等的機率論(4)機率論的甕模型
(Elementary Probability Theory-4. Urn Model for Probability Theory)
國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

連結:初等的機率論(3)兩個重要的不等式

摘要:本文從「機率論是虛,記述統計是實」的論點出發,以實例引導我們從「記述統計」進入「機率論」的世界。

現在我們先把主題點出來:機率論和記述統計,幾乎完全一樣!只是一虛一實而已。機率論是虛,記述統計是實。

為了說明這一點,我們就想像這種情形:我把去年學生的成績做了完整的記錄,將每一位學生都想像為一個球 $$\omega_k$$,並且寫上該生的分數 $$x_k$$,全部裝到一個甕(urn)$$\Omega$$ 之中,於是有 $$\Omega=\{\omega_1,\omega_2,\dots,\omega_N\}$$,這叫做樣本空間(sample space)。

初等的機率論(3)兩個重要的不等式(Two Important Inequalities)

初等的機率論(3)兩個重要的不等式
(Elementary Probability Theory-3. Two Important Inequalities)

國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/
國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

連結:初等的機率論(2)代表值與參差度

摘要:本篇介紹「機率論」裡兩個重要的不等式:「Markov不等式」與「Chebyshev不等式」,讓我們更深入理解如何由「平均」與「標準差」知道資料分佈的狀態。

利用上述記述統計的簡單例子,我們馬上可以導出機率論裡兩個非常重要的不等式:Markov 不等式與 Chebyshev 不等式。它們是推導出(弱)大數法則之根據。

初等的機率論(2)代表值與參差度(Various Means and Dispersion)

初等的機率論(2)代表值與參差度
(Elementary Probability Theory-2. Various Means and Dispersion)
國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

連結:初等的機率論(1)母群體與統計變量

摘要:延續上篇的討論,本篇針對「記述統計學」面臨的兩個基本問題,介紹了代表整體數據的「算術平均(arithmetic mean)」、以及衡量代表值好壞的「變異數(variance)」或「標準差(standard deviation)」。

記述統計學最初的問題,可以很具體地來說明。如果校長問我:「他們這次期中考的成績怎麼樣?」,我該怎麼報告?給他整堆數據 $$\{x_1,x_2,\dots,x_N\}$$ 是無用的。

對於學生的家長我要答以他子女的成績就好了。對於校長,個別學生的成績他沒興趣聽,他要知道的是全班的概況,例如最重要卻也是最起碼的兩件事:

初等的機率論(1)母群體與統計變量(Population and Statistical variable)

初等的機率論(1)母群體與統計變量
(Elementary Probability Theory-1. Population and Statistical variable)
國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授/國立臺灣大學數學系蔡聰明副教授責任編輯

摘要:這一系列「初等的機率論」文章共有十篇,本文是第一篇,先從「記述統計學(Descriptive Statistics)」的角度出發,介紹母群體與統計變量的關係。

世界上到處都可以見到隨機現象(random phenomena),所謂隨機現象是指事先說不準會發生什麼結果(outcome)的現象。機率論(Probability theory)就是要定量地來研究隨機現象的一門數學。機率論最早發源於賭局(game of chance),賭徒想要知道輸贏的機率,以及有無必勝法。

機率論的另一個發源地是記述統計學(Descriptive Statistics, 又譯成敘述統計學)。了解記述統計學的概念,對於機率論的學習,大有助益,因為前者是具體的,易懂的,後者是抽象的,虛玄的。由具體走到抽象是一條不錯的道路。

最終,機率論又成為推理統計學的理論基礎。在隨機的說不準中,我們還是要以機率的語言,透過機率法則,定量地來述說我們感興趣的事件之機率。

因此,我們就先從記述統計學談起。

機率空間(1)機率論的誕生(Probability space-1. The birth of probability theory)

機率空間(1)機率論的誕生(Probability space-1. The birth of probability theory)
國立高雄大學應用數學系黃文璋教授/國立高雄大學應用數學系黃文璋教授責任編輯

摘要:這是一系列關於機率空間(probability space)文章的第一篇,概述十六、十七世紀機率論的誕生,並介紹費馬與巴斯卡彼此通信時曾討論的兩個問題。

對一任給的 $$3$$ 次方程式

$$(1)~~~ax^3+bx^2+cx+d=0$$

或是 $$4$$ 次方程式

$$(2)~~~ax^4+bx^3+cx^2+ dx+e=0$$

都可將其解表示出來,只是很複雜,不像 $$2$$ 次方程式 $$ax^2+bx+c=0$$ 其解的形式很筒單,雖是國中時學的,很多人直到大學都仍記得。

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