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在没有获得任何信息时,认为概率是0.5的想法是妥当的;而在已知第一胎是女孩的情况下,通过贝叶斯推理可以估算出:第二胎依然是女孩的概率要略大于0.5。

18-6 通过贝塔分布来计算期待值

学习完上述知识后,下面我们来思考连续型概率分布的期待值。在连续型概率分布中,由于已经给出了连续无限个数值的概率密度,所以很难通过各个数值来掌握其存在方式,而只有通过图表的形状来把握才比较现实。在这个前提下,能够通过一个数值来代表分布的期待值的作用就更为重要了。

下面以贝塔分布为例,来讲解连续型概率分布期待值的知识点。即便如此,在连续型的情况下,如果要定义并计算其期待值,依然需要进行积分计算,因此本书仅对其结果进行介绍。

第17讲中讲解过,贝塔分布中,将α、β设为大于1的常数,如下所示:

y=(常数)×xa-1(1-x)β-1 (0≤x≤1)

x为基本事件的数值,y为概率密度。贝塔分布的期待值的公式如下:

具体解说可参照“补讲”部分。

下面,针对第17讲中列举出的贝塔分布,使用该公式计算其期待值,并试着用图表示出来。

首先,α=β=1时,贝塔分布的常数函数为:

y=1 (0≤x≤1)

其期待值为:

由于其概率分布图是左右对称的,所以挑担偶人的支点一定在正中间。

图表18-6 α=1、β=1时贝塔分布的期待值

α=2、β=1时,贝塔分布的一次函数为

y=2x(0≤x≤1)

其期待值为:

此时,如果取2/3处作为支点,挑担偶人将保持平衡。观察图表18-7,可以理解其原因。

图表18-7 α=2、β=1时贝塔分布的概率分布图

α=1、β=2时,贝塔分布的一次函数为

y=2(1-x)(0≤x≤1)

其期待值为:

我们可以清楚地看到,该图即为上一个例子左右颠倒后的图像。因此,挑担偶人的平衡方式,也与上一个例子呈左右调转状。

图表18-8 α=1、β=2时贝塔分布的期待值

α=2、β=2时,贝塔分布的二次函数为

y=6x(1-x)(0≤x≤1)

其期待值为:

该概率分布图为左右对称的抛物线,因此挑担偶人的支点在正中间。

图表18-9 α=2、β=2时贝塔分布的期待值

最后,α=4、β=3时,贝塔分布的函数为

y=60x3(1-x)2(0≤x≤1)

其期待值为:

图表18-10 α=4、β=3时贝塔分布的期待值

第18讲·小结

1.期待值,即为通过该数值,可以代表概率分布的数值。

2.期待值的计算方法为:(数值)×(取该值时的概率)的合计

3.无数个期待值的合计值,与实际趋于一致。即,(N次计算出的数值的合计)=(期待值的N倍) 在N的取值足够大的情况下成立。

4.期待值,为挑担人偶型概率分布图保持平衡时的支点。

5.α、β为常数时,贝塔分布的期待值为α/(α+β)

练习题

答案参见此处

(1)已知:中一等奖10000日元的概率为0.01,中二等奖5000日元的概率为0.03,中三等奖100日元的概率为0.1。则奖金的期待值为:

()×()+()×()+()×()=()日元

(2)贝塔分布y=1320x7(1-x)3的期待值为:

专栏 column 何为“主观概率”?

“主观概率”一词并不很常见,但作为关于概率的一种思考方法,有着确切的起源。用数学方法来思考概率问题,是在17世纪法国数学家帕斯卡和费尔马的研究之后才开始的,但“准确性”这一思考方法,在很久之前就已经诞生了。所谓“准确性”,是指“有多大的可信度”“其证据有多大的说服力”等“主观性”的东西。

17世纪,德国数学家莱布尼茨认为,这样的“可信性”“证据能力”,也就是“概率”。同时,莱布尼茨也是一位法学家,他对审判时的推论进行了研究:在审判中,需要用证据来证明被告人的罪行。而此时,被告人有罪一事的“可信性”,就构成了主观概率。

第13讲后的专栏中介绍过20世纪美国的萨维奇,将主观概率设立为明确的数学理论。萨维奇运用的是经济学的传统方法:假设,若事件A发生,可获得1万元的f奖;若事件B发生,可获得1万元的g奖。现在的问题是:你想要哪一种?假设你的回答是f奖。那么经济学上将这个答案记做fg。此时,相比于B,你更相信A的“准确性”,这一点是无疑的。如果将所有的事件都做成上述调查问卷的形式,那么根据你的答案,就可以判断出所有事物的准确性的大小关系,而这个“关系”就可以被定义为“概率”。在刚才的例子中,则显示为p(A)p(B),而这个概率不等式,是根据你的主观判断而得来的。萨维奇主张,像这样得来的便是“主观概率”。

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