如果隨機(jī)變量X的所有取值都可以逐個(gè)列舉出來(lái)，則稱X為離散型隨機(jī)變量。相應(yīng)的概率分布有二項(xiàng)分布，泊松分布。
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如果隨機(jī)變量X的所有取值無(wú)法逐個(gè)列舉出來(lái)，而是取數(shù)軸上某一區(qū)間內(nèi)的任一點(diǎn)，則稱X為連續(xù)型隨機(jī)變量。相應(yīng)的概率分布有正態(tài)分布，均勻分布，指數(shù)分布，伽馬分布，偏態(tài)分布，卡方分布，beta分布等。(真多分布，好恐怖~~)
在離散型隨機(jī)變量X的一切可能值中，各可能值與其對(duì)應(yīng)概率的乘積之和稱為該隨機(jī)變量X的期望值，記作E(X) 。比如有隨機(jī)變量，取值依次為：2，2，2，4，5。求其平均值：(2+2+2+4+5)/5 = 3。
期望值也就是該隨機(jī)變量總體的均值。 推導(dǎo)過(guò)程如下：
= (2+2+2+4+5)/5
= 1/5 2 3 + 4/5 + 5/5
= 3/5 2 + 1/5 4 + 1/5 5
= 0.6 2 + 0.2 4 + 0.2 5
= 60% 2 + 20% 4 + 20%*5
= 1.2 + 0.8 + 1
= 3
倒數(shù)第三步可以解釋為值為2的數(shù)字出現(xiàn)的概率為60%，4的概率為20%，5的概率為20%。 所以E(X) = 60% 2 + 20% 4 + 20%*5 = μ = 3。
0-1分布（兩點(diǎn)分布），它的隨機(jī)變量的取值為1或0。即離散型隨機(jī)變量X的概率分布為：P{X=0} = 1-p, P{X=1} = p，即：
則稱隨機(jī)變量X服從參數(shù)為p的0-1分布，記作X~B（1，p)。
在生活中有很多例子服從兩點(diǎn)分布，比如投資是否中標(biāo)，新生嬰兒是男孩還是女孩，檢查產(chǎn)品是否合格等等。
大家非常熟悉的拋硬幣試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的分布就是二項(xiàng)分布。拋硬幣試驗(yàn)要么出現(xiàn)正面，要么就是反面，只包含這兩個(gè)結(jié)果。出現(xiàn)正面的次數(shù)是一個(gè)隨機(jī)變量，這種隨機(jī)變量所服從的概率分布通常稱為 二項(xiàng)分布 。
像拋硬幣這類試驗(yàn)所具有的共同性質(zhì)總結(jié)如下：（以拋硬幣為例）
通常稱具有上述特征的n次重復(fù)獨(dú)立試驗(yàn)為n重伯努利試驗(yàn)。簡(jiǎn)稱伯努利試驗(yàn)或伯努利試驗(yàn)概型。特別地，當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)為1時(shí)，二項(xiàng)分布服從0-1分布(兩點(diǎn)分布)。
舉個(gè)栗子：拋3次均勻的硬幣，求結(jié)果出現(xiàn)有2個(gè)正面的概率 。
已知p = 0.5 (出現(xiàn)正面的概率) ，n = 3 ，k = 2
所以拋3次均勻的硬幣，求結(jié)果出現(xiàn)有2個(gè)正面的概率為3/8。
二項(xiàng)分布的期望值和方差 分別為：
泊松分布是用來(lái)描述在一 指定時(shí)間范圍內(nèi)或在指定的面積或體積之內(nèi)某一事件出現(xiàn)的次數(shù)的分布 。生活中服從泊松分布的例子比如有每天房產(chǎn)中介接待的客戶數(shù)，某微博每月出現(xiàn)服務(wù)器癱瘓的次數(shù)等等。 泊松分布的公式為 ：
其中 λ 為給定的時(shí)間間隔內(nèi)事件的平均數(shù)，λ = np。e為一個(gè)數(shù)學(xué)常數(shù)，一個(gè)無(wú)限不循環(huán)小數(shù)，其值約為2.71828。
泊松分布的期望值和方差 分別為：
使用Python繪制泊松分布的概率分布圖：
因?yàn)檫B續(xù)型隨機(jī)變量可以取某一區(qū)間或整個(gè)實(shí)數(shù)軸上的任意一個(gè)值，所以通常用一個(gè)函數(shù)f(x)來(lái)表示連續(xù)型隨機(jī)變量，而f(x)就稱為 概率密度函數(shù) 。
概率密度函數(shù)f(x)具有如下性質(zhì) ：
需要注意的是，f(x)不是一個(gè)概率，即f(x) ≠ P(X = x) 。在連續(xù)分布的情況下，隨機(jī)變量X在a與b之間的概率可以寫(xiě)成：
正態(tài)分布（或高斯分布）是連續(xù)型隨機(jī)變量的最重要也是最常見(jiàn)的分布，比如學(xué)生的考試成績(jī)就呈現(xiàn)出正態(tài)分布的特征，大部分成績(jī)集中在某個(gè)范圍（比如60-80分），很小一部分往兩端傾斜（比如50分以下和90多分以上）。還有人的身高等等。
正態(tài)分布的定義 ：
如果隨機(jī)變量X的概率密度為( -∞x+∞)：
則稱X服從正態(tài)分布，記作X~N(μ,σ2)。其中-∞μ+∞，σ0， μ為隨機(jī)變量X的均值，σ為隨機(jī)變量X的標(biāo)準(zhǔn)差。 正態(tài)分布的分布函數(shù)
正態(tài)分布的圖形特點(diǎn) ：
使用Python繪制正態(tài)分布的概率分布圖：
正態(tài)分布有一個(gè)3σ準(zhǔn)則，即數(shù)值分布在(μ-σ,μ+σ)中的概率為0.6827，分布在（μ-2σ,μ+2σ)中的概率為0.9545，分布在(μ-3σ,μ+3σ)中的概率為0.9973，也就是說(shuō)大部分?jǐn)?shù)值是分布在(μ-3σ,μ+3σ)區(qū)間內(nèi)，超出這個(gè)范圍的可能性很小很小，僅占不到0.3%，屬于極個(gè)別的小概率事件，所以3σ準(zhǔn)則可以用來(lái)檢測(cè)異常值。
當(dāng)μ=0，σ=1時(shí)，有
此時(shí)的正態(tài)分布N(0,1) 稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。因?yàn)棣?，σ都是確定的取值，所以其對(duì)應(yīng)的概率密度曲線是一條 形態(tài)固定 的曲線。
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，通常用φ(x)表示概率密度函數(shù)，用Φ(x)表示分布函數(shù)：
假設(shè)有一次物理考試特別難，滿分100分，全班只有大概20個(gè)人及格。與此同時(shí)語(yǔ)文考試很簡(jiǎn)單，全班絕大部分都考了90分以上。小明的物理和語(yǔ)文分別考了60分和80分，他回家后告訴家長(zhǎng)，這時(shí)家長(zhǎng)能僅僅從兩科科目的分值直接判斷出這次小明的語(yǔ)文成績(jī)要比物理好很多嗎？如果不能，應(yīng)該如何判斷呢？此時(shí)Z-score就派上用場(chǎng)了。 Z-Score的計(jì)算定義 ：
即 將隨機(jī)變量X先減去總體樣本均值，再除以總體樣本標(biāo)準(zhǔn)差就得到標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)啦。如果X低于平均值，則Z為負(fù)數(shù)，反之為正數(shù) 。通過(guò)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)，可以將任何一個(gè)一般的正態(tài)分布轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。
小明家長(zhǎng)從老師那得知物理的全班平均成績(jī)?yōu)?0分，標(biāo)準(zhǔn)差為10，而語(yǔ)文的平均成績(jī)?yōu)?2分，標(biāo)準(zhǔn)差為4。分別計(jì)算兩科成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)：
物理：標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù) = (60-40)/10 = 2
語(yǔ)文：標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù) = (85-95)/4 = -2.5
從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，說(shuō)明這次考試小明的物理成績(jī)?cè)谌客瑢W(xué)中算是考得很不錯(cuò)的，而語(yǔ)文考得很差。
指數(shù)分布可能容易和前面的泊松分布混淆，泊松分布強(qiáng)調(diào)的是某段時(shí)間內(nèi)隨機(jī)事件發(fā)生的次數(shù)的概率分布，而指數(shù)分布說(shuō)的是 隨機(jī)事件發(fā)生的時(shí)間間隔 的概率分布。比如一班地鐵進(jìn)站的間隔時(shí)間。如果隨機(jī)變量X的概率密度為：
則稱X服從指數(shù)分布，其中的參數(shù)λ0。 對(duì)應(yīng)的分布函數(shù) 為：
均勻分布的期望值和方差 分別為：
使用Python繪制指數(shù)分布的概率分布圖：
均勻分布有兩種，分為 離散型均勻分布和連續(xù)型均勻分布 。其中離散型均勻分布最常見(jiàn)的例子就是拋擲骰子啦。拋擲骰子出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)就是一個(gè)離散型隨機(jī)變量，點(diǎn)數(shù)可能有1，2，3，4，5，6。每個(gè)數(shù)出現(xiàn)的概率都是1/6。
設(shè)連續(xù)型隨機(jī)變量X具有概率密度函數(shù)：
則稱X服從區(qū)間(a,b)上的均勻分布。X在等長(zhǎng)度的子區(qū)間內(nèi)取值的概率相同。對(duì)應(yīng)的分布函數(shù)為：
f(x)和F(x)的圖形分別如下圖所示：
均勻分布的期望值和方差 分別為：
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2015/04/25 · 實(shí)踐項(xiàng)目 · 概率分布
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英文出處：。歡迎加入翻譯組。
R編程語(yǔ)言已經(jīng)成為統(tǒng)計(jì)分析中的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。但在這篇文章中，我將告訴你在Python中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)概念會(huì)是如此容易。我要使用Python實(shí)現(xiàn)一些離散和連續(xù)的概率分布。雖然我不會(huì)討論這些分布的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)，但我會(huì)以鏈接的方式給你一些學(xué)習(xí)這些統(tǒng)計(jì)學(xué)概念的好資料。在討論這些概率分布之前，我想簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)什么是隨機(jī)變量（random variable）。隨機(jī)變量是對(duì)一次試驗(yàn)結(jié)果的量化。
舉個(gè)例子，一個(gè)表示拋硬幣結(jié)果的隨機(jī)變量可以表示成Python
X = {1 如果正面朝上,
2 如果反面朝上}
12X = {1 如果正面朝上,
2 如果反面朝上}
隨機(jī)變量是一個(gè)變量，它取值于一組可能的值（離散或連續(xù)的），并服從某種隨機(jī)性。隨機(jī)變量的每個(gè)可能取值的都與一個(gè)概率相關(guān)聯(lián)。隨機(jī)變量的所有可能取值和與之相關(guān)聯(lián)的概率就被稱為概率分布（probability distributrion）。
我鼓勵(lì)大家仔細(xì)研究一下scipy.stats模塊。
概率分布有兩種類型：離散（discrete）概率分布和連續(xù)（continuous）概率分布。
離散概率分布也稱為概率質(zhì)量函數(shù)（probability mass function）。離散概率分布的例子有伯努利分布（Bernoulli distribution）、二項(xiàng)分布（binomial distribution）、泊松分布（Poisson distribution）和幾何分布（geometric distribution）等。
連續(xù)概率分布也稱為概率密度函數(shù)（probability density function），它們是具有連續(xù)取值（例如一條實(shí)線上的值）的函數(shù)。正態(tài)分布（normal distribution）、指數(shù)分布（exponential distribution）和β分布（beta distribution）等都屬于連續(xù)概率分布。
若想了解更多關(guān)于離散和連續(xù)隨機(jī)變量的知識(shí)，你可以觀看可汗學(xué)院關(guān)于概率分布的視頻。
二項(xiàng)分布（Binomial Distribution）
服從二項(xiàng)分布的隨機(jī)變量X表示在n個(gè)獨(dú)立的是/非試驗(yàn)中成功的次數(shù)，其中每次試驗(yàn)的成功概率為p。
E(X) = np, Var(X) = np(1?p)
如果你想知道每個(gè)函數(shù)的原理，你可以在IPython筆記本中使用help file命令。 E(X)表示分布的期望或平均值。
鍵入stats.binom?了解二項(xiàng)分布函數(shù)binom的更多信息。
二項(xiàng)分布的例子：拋擲10次硬幣，恰好兩次正面朝上的概率是多少？
假設(shè)在該試驗(yàn)中正面朝上的概率為0.3，這意味著平均來(lái)說(shuō)，我們可以期待有3次是硬幣正面朝上的。我定義擲硬幣的所有可能結(jié)果為k = np.arange(0,11)：你可能觀測(cè)到0次正面朝上、1次正面朝上，一直到10次正面朝上。我使用stats.binom.pmf計(jì)算每次觀測(cè)的概率質(zhì)量函數(shù)。它返回一個(gè)含有11個(gè)元素的列表（list），這些元素表示與每個(gè)觀測(cè)相關(guān)聯(lián)的概率值。
您可以使用.rvs函數(shù)模擬一個(gè)二項(xiàng)隨機(jī)變量，其中參數(shù)size指定你要進(jìn)行模擬的次數(shù)。我讓Python返回10000個(gè)參數(shù)為n和p的二項(xiàng)式隨機(jī)變量。我將輸出這些隨機(jī)變量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，然后畫(huà)出所有的隨機(jī)變量的直方圖。
泊松分布（Poisson Distribution）
一個(gè)服從泊松分布的隨機(jī)變量X，表示在具有比率參數(shù)（rate parameter）λ的一段固定時(shí)間間隔內(nèi)，事件發(fā)生的次數(shù)。參數(shù)λ告訴你該事件發(fā)生的比率。隨機(jī)變量X的平均值和方差都是λ。
E(X) = λ, Var(X) = λ
泊松分布的例子：已知某路口發(fā)生事故的比率是每天2次，那么在此處一天內(nèi)發(fā)生4次事故的概率是多少？
讓我們考慮這個(gè)平均每天發(fā)生2起事故的例子。泊松分布的實(shí)現(xiàn)和二項(xiàng)分布有些類似，在泊松分布中我們需要指定比率參數(shù)。泊松分布的輸出是一個(gè)數(shù)列，包含了發(fā)生0次、1次、2次，直到10次事故的概率。我用結(jié)果生成了以下圖片。
你可以看到，事故次數(shù)的峰值在均值附近。平均來(lái)說(shuō)，你可以預(yù)計(jì)事件發(fā)生的次數(shù)為λ。嘗試不同的λ和n的值，然后看看分布的形狀是怎么變化的。
現(xiàn)在我來(lái)模擬1000個(gè)服從泊松分布的隨機(jī)變量。
正態(tài)分布（Normal Distribution）
正態(tài)分布是一種連續(xù)分布，其函數(shù)可以在實(shí)線上的任何地方取值。正態(tài)分布由兩個(gè)參數(shù)描述：分布的平均值μ和方差σ2 。
E(X) = μ, Var(X) = σ2
正態(tài)分布的取值可以從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮。你可以注意到，我用stats.norm.pdf得到正態(tài)分布的概率密度函數(shù)。
β分布（Beta Distribution）
β分布是一個(gè)取值在 [0, 1] 之間的連續(xù)分布，它由兩個(gè)形態(tài)參數(shù)α和β的取值所刻畫(huà)。
β分布的形狀取決于α和β的值。貝葉斯分析中大量使用了β分布。
當(dāng)你將參數(shù)α和β都設(shè)置為1時(shí)，該分布又被稱為均勻分布（uniform distribution）。嘗試不同的α和β取值，看看分布的形狀是如何變化的。
指數(shù)分布（Exponential Distribution）
指數(shù)分布是一種連續(xù)概率分布，用于表示獨(dú)立隨機(jī)事件發(fā)生的時(shí)間間隔。比如旅客進(jìn)入機(jī)場(chǎng)的時(shí)間間隔、打進(jìn)客服中心電話的時(shí)間間隔、中文維基百科新條目出現(xiàn)的時(shí)間間隔等等。
我將參數(shù)λ設(shè)置為0.5，并將x的取值范圍設(shè)置為 $[0, 15]$ 。
接著，我在指數(shù)分布下模擬1000個(gè)隨機(jī)變量。scale參數(shù)表示λ的倒數(shù)。函數(shù)np.std中，參數(shù)ddof等于標(biāo)準(zhǔn)偏差除以 $n-1$ 的值。
結(jié)語(yǔ)（Conclusion）
概率分布就像蓋房子的藍(lán)圖，而隨機(jī)變量是對(duì)試驗(yàn)事件的總結(jié)。我建議你去看看哈佛大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)課程的講座，Joe Blitzstein教授給了一份摘要，包含了你所需要了解的關(guān)于統(tǒng)計(jì)模型和分布的全部。
算出平均值和標(biāo)準(zhǔn)差μ、σ，代入正態(tài)分布密度函數(shù)表達(dá)式：
f(x) = exp{-(x-μ)2/2σ2}/[√(2π)σ]
給定x值,即可算出f值。
正太分布哈哈
首先，如果想要你的一千萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)嚴(yán)格服從正態(tài)分布，那么先確定這個(gè)分布的數(shù)據(jù)，也就是均值和方差，N(u,o)，這里均值 u=50，方差 o 由你確定，根據(jù)正態(tài)分布概率密度函數(shù)，對(duì)于每一個(gè) 1~100 之間的整數(shù) x，都可以確定它出現(xiàn)的概率 f(x)：
正態(tài)分布概率密度函數(shù)
而共有 10 000 000 個(gè)數(shù)字，那么 10000000*f(x) 就是 x 出現(xiàn)的頻率。
因此，使用一個(gè) 101 元素的數(shù)組 freq[] 存放這些數(shù)出現(xiàn)的頻率，用 f(x)*10000000 逐個(gè)計(jì)算數(shù)組元素，也就是 x 應(yīng)該出現(xiàn)的次數(shù)，假如說(shuō) 2 一共會(huì)出現(xiàn) 3 次，那么 freq[2]=3，計(jì)算出之后放在那里，作為一個(gè)參照。再初始化一個(gè)全為 0 的 100 個(gè)元素的數(shù)組 sam[]，記錄每個(gè)數(shù)字已經(jīng)出現(xiàn)的次數(shù)。之后開(kāi)始從 1~100 隨機(jī)，每隨機(jī)一個(gè)數(shù)字 x 都給 sam[x] 加1，再和 freq[x] 比較，如果超出了 freq[x] 就說(shuō)明這個(gè)數(shù)字已經(jīng)不能再出現(xiàn)了，將其舍棄。記錄隨機(jī)成功的次數(shù)，達(dá)到了 10000000 次即可。
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