[统计学]大数定律与中心极限定理
大数定律和中心极限定理
- 大数定律
- 中心极限定理
- 大数定律和中心极限定理的联系
- 伯努利分布
在统计活动中,人们发现,在相同条件下大量重复进行一种随机实验时,一件事情发生的次数与实验次数的比值,即该事件发生的频率值会趋近于某一数值。重复次数多了,这个结论越来越明显。这个就是最早的大数定律。一般大数定律讨论的是n个随机变量平均值的稳定性。
大数定律
在统计活动中,大家发现,随着实验次数的增加,一个事件发生的频率会收敛于一个稳定的值。在数学上的表达就是,n个随机变量的均值(或者说期望)会随着n趋近于无穷而收敛于总体均值,也就是实际的均值。
总体和均值又是什么关系呢?其实我更愿意用True和Observer来描述总体和均值的关系。
大部分时候我们无法准确获取总体的情况,因为有随机性的存在。比如声音的收集过程中,会有噪音的存在。所以我们能够观测到的情况是概率的而非确定的。我们通过观测得到的是样本,而实际的情况则是总体。统计学的精髓就在于通过可以观测的样本来推测总体的情况。
中心极限定理
与大数定律相同的是,在随机变量的个数无限多的时候,随机变量的分布会趋近于正态分布。
大数定律和中心极限定理的联系
大数定律和中心极限定理在本质上描述的是一种现象,即实验次数增多,随机变量的随机性会弱化,反而开始出现必然性。比如,抛硬币次数增多,正反面概率会逐渐五五开。在数学上,二者也是有互通之处。
知乎上的慧航贴出了数学上直观的关系:
大数定律认为Sn的均值会收敛于总体期望E(X), 而中心极限定理认为样本的分布会收敛于于参数为E(X)和V(X)的正太分布。
伯努利分布
伯努利分布是二元随机变量在数量有限的情况下的特殊情况。换句话说,由于样本量比较小,所以随机变量Rn的分布呈现出特殊的状态,而当样本量逐渐增多之后,Rn的分布会趋近于正态分布。
如果以单词伯努利试验的结果为随机变量X,那么有:
如果进行n次试验,事件发生则X=1,事件不发生为0,以k次试验的结果为随机变量R,则可以得到二项分布:
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