維恩圖解

維恩圖解

維恩圖解(Venndiagram)亦稱歐拉圖解,是集合問題的一種解法。利用維恩圖直觀地解答集合問題稱為維恩圖解,在維恩圖解中,方形的框線內包含了所有可能的事件,其中的區域(機率)等於1。圓圈代表特殊的事件。每一個圓圈所包含的區域代表了該事件發生的機率。

基本信息

基本介紹

圖1是一個維恩圖解的例子,其中兩個事件(A和B)是獨立的。這兩個事件是相互排斥的,不可能同時發生,所以兩個圓圈沒有相互重疊。圓圈所在的區域表示為P(A)和P(B),事件A和B發生的機率 。

圖1兩個相互排斥的事件A和B的維恩圖解 圖1兩個相互排斥的事件A和B的維恩圖解

你可以把維恩圖解看成是箭靶子。構想朝這個靶子放出一枝箭,這枝箭落在靶子上任何區域的機率都是相等的,但是一定會擊中這個靶子。靶子上的圓圈代表每一個可能的事件,所以如果射出的箭落在了圓圈A,就代表了事件A發生了。再進一步, 每一個圓圈所在區域大小代表該區域每一個事件發生的機率。其目的是將每一個圓圈代表的區域與每一個事件的機率相對應,但是通常很難(這裡也沒有做到)做到。在圖1中,我無法將一枝箭同時射中A和B,所以,這兩個事件不可能同時發生。

現在必須介紹一些其他的符號;

維恩圖解 維恩圖解

(讀作A槓)表示事件A將不會發生。

(A∪B) (讀作A聯合B)表示事件A和B至少有一個發生。

(A∪B) 在維恩圖解中是圓圈A和圓圈B覆蓋的區域,而A∩B是一般指圓圈A和圓圈B共同覆蓋的區域。在圖1中,事件A和B是相互排斥的,舉例來說,可以看到:

P(A∪B)= P(A)+ P(B); (1)

P(A∩B)=0;

維恩圖解 維恩圖解
圖2  不相互獨立的兩個事件A和B的維恩圖解 圖2 不相互獨立的兩個事件A和B的維恩圖解

現在看看圖2,A和B不是相互排斥的:它們可以同時發生,在維恩圖解中用重疊代表。這個圖中產生了四種不同的區域。可以從以下區域觀察到:

P(A∪B)= P(A)+P(B)-P(A∩B), (2)

P(A∩B)= P(A)P(B) 在A和B相互獨立時,或者

P(A∩B) = P(A)P(B/A) 在A和B不相互獨立時 。

例題解析

【例1】對於更為複雜的問題,維恩圖解變得非常有用。如果一隻綿羊可能患A、B、C和D疾病中的一種,機率分別為12%、8%、7%和2%。如果患任何一種疾病,都不能通過檢驗檢疫。A、B和C三種疾病相互之間是獨立的,但是疾病D不可能與疾病A、B或者C同時發生,原因是引起疾病D的寄生蟲無法存活。任何一隻特定的綿羊不能通過檢疫檢驗的機率P(F)是多少?使用圖3,通過計算區域並去除重複計算的區域可以得到:

P(F)=P(A∪B∪C)+P(D)

=P(A)+P(B)+ P(C)-P(A∩B)-P(A∩C)-P(B∩C)+P(A∩B∩C)+P(D)

= 0.267

所以,條件機率如何適合維恩圖解?這一點可以非常容易地通過例子說清楚 。

圖3   例1的維恩圖解 圖3 例1的維恩圖解

【例2】我們現在想像投擲硬幣三次。事件A是第一次投擲得到正面,事件B是第二次游投擲得到正面,事件C是最少有一次投擲得到正面,事件D是所有投擲都得到正面。圖4畫出了這個問題的維恩圖解。

圖4  例2的維恩圖解 圖4 例2的維恩圖解

有8種可能的結果:

結果1:TTT

結果2:HTT

結果3:THT

結果4:TTH

結果5:HHT

結果6:THH

結果7:HTH

結果8:HHH

上面定義的事件由以下結果組成:

A={2,5,7,8}

B= (5,6, 8}

C={2,3,4,5,6,7,8}

D={8}

這些結果展示在維恩圖解之中。由於對於一個平衡的硬幣來講,每一個結果都具有相同的機率,我們就可以看到:

P(A)=1/2

P(B) =1/2

P(C)=7/8

P(D)=1/8

我們看看機率P(A/B)=p (第一次投擲=H|第二次投擲=H)。結果(3,5,6,8}全部都在事件B中,但是只有{5,8}也在事件A中。這樣,P(A/B)=P({5,8})/P({3,5, 6,8})=1/2。對於一個平衡的硬幣而言,由於每次投擲是獨立的,這也就是我們知覺所期望得到的結果。這個例子說明在維恩圖解中,條件機率P(A/B)就是區域B同時包含在區域A中的比例 。

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