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指數分佈

鎖定
在概率理論和統計學中,指數分佈(也稱為負指數分佈)是描述泊松過程中的事件之間的時間的概率分佈,即事件以恆定平均速率連續且獨立地發生的過程。 這是伽馬分佈的一個特殊情況。 它是幾何分佈的連續模擬,它具有無記憶的關鍵性質。 除了用於分析泊松過程外,還可以在其他各種環境中找到。
指數分佈與分佈指數族的分類不同,後者是包含指數分佈作為其成員之一的大類概率分佈,也包括正態分佈,二項分佈,伽馬分佈,泊松分佈等等。
指數函數的一個重要特徵是無記憶性(Memoryless Property,又稱遺失記憶性)。這表示如果一個隨機變量呈指數分佈,當s,t>0時有P(T>t+s|T>t)=P(T>s)。即,如果T是某一元件的壽命,已知元件使用了t小時,它總共使用至少s+t小時的條件概率,與從開始使用時算起它使用至少s小時的概率相等。
中文名
指數分佈
外文名
Exponential Distribution
別    名
指數隨機變量
適用領域
概率論
應用學科
數學
實    例
正態分佈二項分佈泊松分佈

指數分佈定義

公式 公式
其中λ > 0是分佈的一個參數,常被稱為率參數(rate parameter)。即每單位時間內發生某事件的次數。指數分佈的區間是[0,∞)。 如果一個隨機變量X呈指數分佈,則可以寫作:X~ E(λ)。 [1] 
在不同的教材有不同的寫法,θ=1/λ,因此概率密度函數,分佈函數期望方差有兩種寫法。
 
其中θ>0為常數,則稱X服從參數θ的指數分佈。 [2] 

指數分佈分佈函數

指數分佈的分佈函數由下式給出:
有:

指數分佈數學期望

比方説:如果你平均每個小時接到2次電話,那麼你預期等待每一次電話的時間是半個小時。

指數分佈方差

方差

指數分佈記號

若隨機變量x服從參數為λ的指數分佈,則記為

指數分佈特性

指數分佈無記憶性

指數函數的一個重要特徵是無記憶性(Memoryless Property,又稱遺失記憶性)。這表示如果一個隨機變量呈指數分佈
時有
即,如果T是某一元件的壽命,已知元件使用了t小時,它總共使用至少
小時的條件概率,與從開始使用時算起它使用至少s小時的概率相等。

指數分佈分位數

參數λ的四分位數函數(Quartile function)是:
第一四分位數:
中位數:
第三四分位數:

指數分佈分佈

概率論和統計學中,指數分佈(Exponential distribution)是一種連續概率分佈。指數分佈可以用來表示獨立隨機事件發生的時間間隔,比如旅客進機場的時間間隔、中文維基百科新條目出現的時間間隔等等。
許多電子產品的壽命分佈一般服從指數分佈。有的系統的壽命分佈也可用指數分佈來近似。它在可靠性研究中是最常用的一種分佈形式。指數分佈是伽瑪分佈威布爾分佈的特殊情況,產品的失效是偶然失效時,其壽命服從指數分佈。
指數分佈可以看作當威布爾分佈中的形狀係數等於1的特殊分佈,指數分佈的失效率是與時間t無關的常數,所以分佈函數簡單。

指數分佈應用

電子元器件的可靠性研究中,通常用於描述對發生的缺陷數或系統故障數的測量結果。這種分佈表現為均值越小,分佈偏斜的越厲害。
指數分佈應用廣泛,在日本的工業標準和美國軍用標準中,半導體器件的抽驗方案都是採用指數分佈。此外,指數分佈還用來描述大型複雜系統(如計算機)的平均故障間隔時間MTBF的失效分佈。但是,由於指數分佈具有缺乏“記憶”的特性.因而限制了它在機械可靠性研究中的應用,所謂缺乏“記憶”,是指某種產品或零件經過一段時間t0的工作後,仍然如同新的產品一樣,不影響以後的工作壽命值,或者説,經過一段時間t0的工作之後,該產品的壽命分佈與原來還未工作時的壽命分佈相同,顯然,指數分佈的這種特性,與機械零件的疲勞、磨損、腐蝕、蠕變等損傷過程的實際情況是完全矛盾的,它違背了產品損傷累積和老化這一過程。所以,指數分佈不能作為機械零件功能參數的分佈形式。
指數分佈雖然不能作為機械零件功能參數的分佈規律,但是,它可以近似地作為高可靠性的複雜部件、機器或系統的失效分佈模型,特別是在部件或機器的整機試驗中得到廣泛的應用。
指數分佈的圖形表面上看與冪律分佈很相似,實際兩者有極大不同,指數分佈的收斂速度遠快過冪律分佈。
指數分佈的參數為λ,則指數分佈的期望為
,方差為
[3] 
參考資料
  • 1.    吳傳生.經濟數學-概率論與數理統計(第二版):高等教育出版社,2009
  • 2.    盛驟 謝式千 潘承毅.概率論與數理統計(第四版):高等教育出版社,2008:45
  • 3.    Lawless, J.F., Fredette, M.,"Frequentist predictions intervals and predictive distributions", Biometrika (2005), Vol 92, Issue 3, pp 529–542.