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超幾何分佈

鎖定
超幾何分佈是統計學上一種離散概率分佈。它描述了從有限N個物件(其中包含M個指定種類的物件)中抽出n個物件,成功抽出該指定種類的物件的次數(不放回)。稱為超幾何分佈,是因為其形式與“超幾何函數”的級數展式的係數有關。 [1] 
超幾何分佈中的參數是N,n,M,上述超幾何分佈記作X~H(N,M,n)。 [6] 
中文名
超幾何分佈
外文名
Hypergeometric Distribution
概    述
統計學上一種離散概率分佈
來    源
產品抽樣檢查
應用學科
數學
統計學
表達式
X~H(N,n,M)

目錄

超幾何分佈定義

產品抽樣檢查中經常遇到一類實際問題,假定在N件產品中有M件不合格品,即不合格率
在產品中隨機抽n件做檢查,發現k件不合格品的概率
,k=t,t+1,…,s。其中s是M與n中的較小者,t在n不大於合格品數(即n≤N-M)時取0,否則t取n減合格品數之差(即t=n-(N-M)) [5] 
亦可寫作
(與上式不同的是M可為任意實數,而C表示的組合數M為非負整數)
為古典概型的組合形式,a為下限,b為上限,此時我們稱隨機變量X服從超幾何分佈(hypergeometric distribution)。
需要注意的是: [1] 
(1)超幾何分佈的模型是不放回抽樣。
(2)超幾何分佈中的參數是N,n,M,上述超幾何分佈記作X~H(N,n,M)。

超幾何分佈應用

超幾何分佈示例

已經知道某個事件的發生概率,判斷從中取出一個小樣本,該事件以某一個機率出現的概率問題。
例:在一個口袋中裝有30個球,其中有10個紅球,其餘為白球,這些球除顏色外完全相同。遊戲者一次從中摸出5個球。摸到至少4個紅球就中一等獎,那麼獲一等獎的概率是多少?
解:由題意可見此問題歸結為超幾何分佈模型。
其中N = 30. D = 10. n = 5.
P(一等獎) = P(X=4) + P(X=5)
由公式
,k=0,1,2,...得:
P(一等獎) = 106/3393

超幾何分佈期望

定理:對超幾何分佈X~H(N,M,n) ,隨機變量X的數學期望
. [2] 
引理一:
引理二:
引理證明:它們均可用恆等式(1+x)M-1(1+x)N-M=(1+x)N-1兩邊的展開式中含xn-1項的係數相等證明。僅以(2)中n≤M的情形證明如下:
的展開式中含xn-1項的係數為(注意N-M
定理證明:當M=N=1時,X的分佈列P(X=1)=1,且有n=1,可得此時欲證成立。
當M=1,N≥2時,X的分佈列為:
所以
(引理一(2))
下證M≥2時也成立,又分兩種情形:
(1)又當n≤N-M時,X的分佈列見超幾何分佈的定義有
(2)又當n>N-M時,X的分佈列見超幾何分佈的定義有
因此定理獲證 [3] 

超幾何分佈方差

對X~H(N,M,n),
[4]  .
證明:D(X)=E(X2)-E(X)2 (此公式利用定義式簡單展開即得)
(提取,變形)
(拆項,變形)
(拆開∑,就是分組求和
[2]  (化簡即得)
超幾何分佈和二項分佈的聯繫 [1] 
(1)在超幾何分佈中,當
時,
二項分佈中的p)。
(2)當
時,超幾何分佈的數學期望
(3)當
時,超幾何分佈的方差
(二項分佈的方差)。
(4)當
時,超幾何分佈近似為二項分佈。

超幾何分佈函數代碼

超幾何分佈計算函數
function HYPGEOMDIST(kkk,n,MM,NN)
for k=kkk to n
AA=1
BBA=1
BBB=1
lll=n
for i= 0 to k-1
BBA=BBA*(MM-i)/(NN-i)
next
for j= k to n
BBB=BBB*(NN-MM-j+k)/(NN-j)
next
BBs=BBB*BBA
if lll-k>k then
x=K
Else x=lll-k
end if
for i=1 to x
lll=lll-1
next
HYPGEOMDIST=HYPGEOMDIST+BBS
next
end function
response.write HYPGEOMDIST(200,2200,1000,17000)
%>
參考資料
  • 1.    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
  • 2.    匡能暉. 超幾何分佈的數學期望和方差的定義求法[J]. 高等數學研究, 2010, 13(4): 73-74.
  • 3.    甘志國著.教材教法.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2014.04:19-20
  • 4.    姜曉兵主編.數據、模型與決策.西安:西安電子科技大學出版社,2017.01:99
  • 5.    人民教育出版社.人教版B版高中數學選修第二冊:人民教育出版社,2020.6:76
  • 6.    房永飛,田玉斌,朱蓉禪.概率論與數理統計習題精講[M].機械工業出版社.2022.07:46.