超幾何分布

超幾何分布

超幾何分布是統計學上一種離散機率分布。它描述了從有限N個物件(其中包含M個指定種類的物件)中抽出n個物件,成功抽出該指定種類的物件的次數(不放回)。稱為超幾何分布,是因為其形式與“超幾何函式”的級數展式的係數有關。 超幾何分布中的參數是M,N,n,上述超幾何分布記作X~H(n,M,N) 。

基本信息

定義

超幾何分布 超幾何分布

產品抽樣檢查中經常遇到一類實際問題,假定在N件產品中有M件不合格品,即不合格率。

超幾何分布 超幾何分布

在產品中隨機抽n件做檢查,發現k件不合格品的機率為,k=0,1,2...min{n,M}。

超幾何分布 超幾何分布

亦可寫作(與上式不同的是M可為任意實數,而C表示的組合數M為非負整數)

超幾何分布 超幾何分布

為古典概型的組合形式,a為下限,b為上限,此時我們稱隨機變數X服從超幾何分布(hypergeometric distribution)。

需要注意的是:

(1)超幾何分布的模型是不放回抽樣。

(2)超幾何分布中的參數是M,N,n,上述超幾何分布記作X~H(n,M,N)。

套用

示例

已經知道某個事件的發生機率,判斷從中取出一個小樣本,該事件以某一個機率出現的機率問題。

例:在一個口袋中裝有30個球,其中有10個紅球,其餘為白球,這些球除顏色外完全相同。遊戲者一次從中摸出5個球。摸到至少4個紅球就中一等獎,那么獲一等獎的機率是多少?

解:由題意可見此問題歸結為超幾何分布模型。

其中N = 30. D = 10. n = 5.

P(一等獎) = P(X=4) + P(X=5)

超幾何分布 超幾何分布

由公式 ,k=0,1,2,...得:

超幾何分布 超幾何分布
超幾何分布 超幾何分布

P(一等獎) = 106/3393

期望

超幾何分布 超幾何分布

對X~H(n,M,N) , .

證明:

引理一:∑{C(x,a)*C(d-x,b),x=0..min{a,d}}=C(d,a+b),考察(1+x)^a*(1+x)^b中x^d的係數即得。(另:還可以由超幾何分布1=∑P(X=K),k=0,1,2....n得)

引理二:k*C(k,n)=n*C(k-1,n-1),易得。

正式證明:

EX=∑{k*C(k,M)*C(n-k,N-M)/C(n,N),k=0..min{M,n}}

=1/C(n,N)*∑{M*C(k-1,M-1)*C(n-k,N-M),k=1..min{M,n}}

//(提取公因式,同時用引理二變形,注意k的取值改變)

=M/C(n,N)*∑{C(k-1,M-1)*C(n-k,N-M),k=1..min{M,n}} (提取,整理出引理一的前提)

=M*C(n-1,N-1)/C(n,N) (利用引理一)

=Mn/N (化簡即得)

方差

超幾何分布 超幾何分布

對X~H(n,M,N) , .

證明:

DX=E(X^2)-(EX)^2 (此公式利用定義式簡單展開即得)

=∑{k^2*C(k,M)*C(n-k,N-M)/C(n,N),k=0..min{M,n}}-(Mn/N)^2

=1/C(n,N)*∑{M*k*C(k-1,M-1)*C(n-k,N-M),k=1..min{M,n}}-(Mn/N)^2(提取,變形)

=M/C(n,N)*∑{(k-1)*C(k-1,M-1)*C(n-k,N-M)+C(k-1,M-1)*C(n-k,N-M),k=1..min{M,n}}-(Mn/N)^2

(拆項,變形)

=M/C(n,N)*∑{(M-1)*C(k-2,M-2)*C(n-k,N-M),k=2..min{M,n}}+M/C(n,N)*∑{C(k-1,M-1)*C(n-k,N-M),k=1..min{M,n}}-(Mn/N)^2 (拆開∑,就是分組求和)

=M(M-1)*C(n-2,N-2)/C(n,N)+Mn/N-(Mn/N)^2

=nM(N-M)(N-n)/[(N^2)(N-1)] (化簡即得)


超幾何分布和二項分布的聯繫

超幾何分布 超幾何分布
超幾何分布 超幾何分布

(1)在超幾何分布中,當 時, (二項分布中的p)。

超幾何分布 超幾何分布

(2)當 時,超幾何分布的數學期望

超幾何分布 超幾何分布
超幾何分布 超幾何分布
超幾何分布 超幾何分布

(3)當時,超幾何分布的方差(二項分布的方差)。

超幾何分布 超幾何分布

(4)當時,超幾何分布近似為二項分布。

函式代碼

超幾何分布計算函式

function HYPGEOMDIST(kkk,n,MM,NN)

for k=kkk to n

AA=1

BBA=1

BBB=1

lll=n

for i= 0 to k-1

BBA=BBA*(MM-i)/(NN-i)

next

for j= k to n

BBB=BBB*(NN-MM-j+k)/(NN-j)

next

BBs=BBB*BBA

if lll-k>k then

x=K

Else x=lll-k

end if

for i=1 to x

lll=lll-1

next

HYPGEOMDIST=HYPGEOMDIST+BBS

next

end function

response.write HYPGEOMDIST(200,2200,1000,17000)

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