概率(二)

離散隨機(jī)變量

  1. 伯努利分布(Bernoulli):符合伯努利分布的隨機(jī)變量只有兩個(gè)可能的結(jié)果:X(s)\in{0(Fail),1(Pass)}。記P(X=1)=p, P(X)=0=1-p=q炕檩。
  2. 二項(xiàng)式分布(Binomial):進(jìn)行n次結(jié)果符合伯努利分布的實(shí)驗(yàn)荆秦,用X 表示得到1(Pass)的次數(shù)涛癌,則P(X=k)=\binom{n}{k}p^kq^{n-k}, k = 0,1,2,\dots,n翼虫。
  3. 幾何分布(Geometry):進(jìn)行無(wú)數(shù)次結(jié)果符合伯努利分布的實(shí)驗(yàn)仲智,用X表示第一次得到1(Pass)前0(Fail)的個(gè)數(shù)饼齿,則P(X=k)=q^kp饲漾。
  4. 泊松分布(Poisson):某類隨機(jī)且獨(dú)立的事件平均在單位時(shí)間里出現(xiàn)\lambda次,用X表示它在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際出現(xiàn)的次數(shù)缕溉,則P(X=k)=\frac{\lambda^k}{k!}e^{-\lambda}考传。
    當(dāng)二項(xiàng)式分布n足夠大,p足夠兄づ浮(一般取n\ge20,p\le0.05)時(shí)僚楞,可以將二項(xiàng)式分布近似為泊松分布

伯努利過(guò)程:一個(gè)由有限或無(wú)限個(gè)獨(dú)立敌土,符合伯努利分布的隨機(jī)變量所組成的離散時(shí)間中的隨機(jī)過(guò)程镜硕。
泊松過(guò)程:一個(gè)由獨(dú)立隨機(jī)變量所組成的連續(xù)時(shí)間中的隨機(jī)過(guò)程。將事件的“發(fā)生”記作1返干,“不發(fā)生”記作0兴枯,則這些隨機(jī)變量也可以看作符合伯努利分布。
伯努利過(guò)程泊松過(guò)程的定義可以看出矩欠,泊松分布二項(xiàng)式分布趨近極限時(shí)的情況财剖。這也是二項(xiàng)式分布可以近似為泊松分布的原因悠夯。當(dāng)然,在數(shù)學(xué)上有更好的推導(dǎo):
\begin{align} \lim_{n\to\infty,p\to0}\binom{n}{k}p^kq^{n-k}&=\lim_{n\to\infty,p\to0}\frac{n*(n-1)\cdots(n-k+1)}{k!}p^kq^{n-k}\\ &=\lim_{n\to\infty,p\to0}\frac{(np)^k}{k!}(1-p)^{n-k}\\ &=\lim_{n\to\infty,p\to0}\frac{\lambda^k}{k!}(1-p)^{\frac{\lambda}{p}}\frac{1}{(1-p)^k}\\ &=\frac{\lambda^k}{k!}e^\lambda \end{align}

連續(xù)隨機(jī)變量

  1. 均勻分布(Uniform)
    f_X(x)=\left\{\begin{matrix} \frac{1}{b-a}&x\in[a,b]\\ 0 & o.w \end{matrix} \right.
  2. 指數(shù)分布(Exponential)f_X(x)=U(x)ke^{-k}
    k>0, U(x)是階躍函數(shù)躺坟。
  3. 正態(tài)/高斯分布(Normal/Gaussian):也常被記作\mathcal{N}\sim(\mu,\sigma^2)
    f_X(x)=\frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}} \cdot e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}
    計(jì)算正態(tài)分布的累積分布函數(shù):
    a) 轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布:x'=\frac{x-\mu}{\sigma^2}
    b) 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的積分可以通過(guò)查表得出沦补。注意:
    \begin{align} \Phi(x_0)&=\int_{-\infty}^{x_0}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^2}{2}} dx\\ Q(x_0)&=1-\Phi(x)=\int_{x_0}^{\infty} \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^2}{2}} dx \end{align}
    高斯誤差函數(shù)(error function)
    \begin{align} \textrm{erf}(x)&:=\int_{-x_0}^{x_0}\frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-x^2} dx\\ &=\int_{0}^{x_0}\frac{2}{\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(\sqrt{2}x)^2}{2}} dx\\ &=2\Phi(\sqrt{2}x)-1 \end{align}
    它的互補(bǔ)誤差函數(shù)是
    \textrm{erfc}(x)=1-\textrm{erf}(x)
  4. 萊斯分布(Racian):一種最常見(jiàn)的用于描述接收信號(hào)包絡(luò)統(tǒng)計(jì)時(shí)變特性的分布類型。
    f_X(x)=\left\{\begin{matrix} \frac{x}{\sigma^2}e^{-\frac{x^2+A^2}{2\sigma^2}}I_0(\frac{Ax}{\sigma^2})& A\ge 0, x\ge 0\\ 0 & x<0 \end{matrix}\right.
    其中A是主信號(hào)幅度的峰值咪橙,\sigma^2是多徑信號(hào)分量的功率I_0是修正的0階第一類貝塞爾函數(shù)夕膀。當(dāng)A\to0時(shí),退化為瑞利分布美侦。
  5. 瑞利分布(Rayleigh)
    f_X(x)=\left\{\begin{matrix} \frac{x}{\sigma^2}e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}}& x\ge 0\\ 0 & x<0 \end{matrix}\right.
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