離散型隨機變數

應用於信號與系統領域的變數

隨機取值的變數就是隨機變數,隨機變數分為離散型隨機變數與連續型隨機變數兩種(變數分為定性和定量兩類,其中定性變數又分為分類變數和有序變數;定量變數分為離散型和連續型),隨機變數的函數仍為隨機變數。有些隨機變數,它全部可能取到的不相同的值是有限個或可列無限多個,這種隨機變數稱為"離散型隨機變數"。

概率分佈


定義1:如果隨機變數X只可能取有限個或至多可列個值,則稱X為離散型隨機變數。
定義2:設X為離散型隨機變數,它的一切可能取值為X1,X2,……,Xn,……,記P=P{X=xn},n=1,2……(2.1)
稱(2.1)式為X的概率函數,又稱為X的概率分佈,簡稱分佈。

性質


內容

離散型隨機變數
離散型隨機變數
(1)非負性 Pn≥0 n=1,2,…
(2)歸一性 ∑pn=1

釋義

對於集合{xn,n=1,2,……}中的任何一個子集A,事件“X在A中取值”即“X∈A”的概率為
P{X∈A}=∑Pn
P{X=x1}=p(0
<1)
P{X=x2}=1-p=q
這種分佈稱為兩點分佈。如果x1=1,x2=0,有
P{X=1}=p
P{X=0}=q
這時稱X服從參數為p的 0-1分佈,它是離散型隨機變數分佈中最簡單的一種。由於是數學家 伯努利最先研究發現的,為了紀念他,我們也把服從這種分佈的試驗叫 伯努利試驗。習慣上,把伯努利的一種結果稱為“成功”,另一種稱為“失敗”。
說明:1.隨機變數ξ或η的特點:(1)可以用數表示;(2)試驗之前可以判斷其可能出現的所有值;(3)在試驗之前不可能確定取何值。

隨機變數


1、0-1分佈(伯努利實驗-二項分佈
分佈列如下:
X1
P1-pp
2、超幾何分佈
分佈列如下:
3、泊松分佈
分佈列如下:

應用範圍


自變數的變換、卷積和、傅里葉級數傅里葉變換、Z變換

連續型


數學定義
對於隨機變數X,若存在一個非負的可積函數f(x),使得對任意實數x,有
則稱X為連續性隨機變數。其中f(x)為X的概率分佈密度函數,簡稱概率密度記為X~f(x)。 
相關性質
由定義可知,
● ● 若f(x)在點x連續,則有F’(x)=f(x)
● ● f(x)是可積,則它的原函數F(x)連續;
3.對於任意兩個實數x1,x2(假設x1
X取任一指定實數值a的概率,
,這樣在計算連續性隨機變數落在某一區間的概率時,可以不必區分該區間是開區間還是閉區間。有
儘管P{X=a}=0,但{X=a}並不是不可能事件。同樣,一個事件的概率為1,並不意味這個事件一定是必然事件。當提到一個隨機變數X的概率分佈,指的是它的分佈函數,當X是連續型時指的是它的概率密度,當X是離散型時指的是它的分佈律。 
主要區別
當隨機變數的可取值全體為一離散集時稱其為離散型隨機變數,否則稱其為非離散型隨機變數,這是很大的一個類,其中有一類是極其常見的,隨機變數的取值為一(n)維連續空間,稱其為連續型隨機變數。 
概念辨析
能按一定次序一一列出,其值域為一個或若干個有限或無限區間,這樣的隨機變數稱為離散型隨機變數。離散型隨機變數與連續型隨機變數也是由隨機變數取值範圍(或說成取值的形式)確定,變數取值只能取離散型的自然數,就是離散型隨機變數。 
實例
比如,一次擲20個硬幣,k個硬幣正面朝上,
k是隨機變數,
k的取值只能是自然數0,1,2,…,20,而不能取小數3.5、無理數√20……
因而k是離散型隨機變數。
再比如,擲一個骰子,令X為擲出的結果,則只會有1,2,3,4,5,6這六種結果,而擲出3.3333是不可能的。
因而X也是離散型隨機變數。
如果變數可以在某個區間內取任一實數,即變數的取值可以是連續的,這隨機變數就稱為連續型隨機變數。
比如,公共汽車每15分鐘一班,某人在站台等車時間x是個隨機變數,
x的取值範圍是[0,15),它是一個區間,從理論上說在這個區間內可取任一實數3分鐘、5分鐘7毫秒、7√2分鐘,在這十五分鐘的時間軸上任取一點,都可能是等車的時間,因而稱這隨機變數是連續型隨機變數。 
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