概率与期望在oi中的有关公式及其应用

考完THUSC2019回来的我发现自己对概率与期望一无所知...

因此这一篇应该是填一个(给自己)挖了差不多两年的坑...

接下来详细介绍概率与期望问题:

(接下来所有内容均是按个人理解进行的表述,如有问题请不吝指出!)

一.概率

定义:在大量进行的实验中,一个事件发生的频率会稳定在一个定值,这个定值称为这个事件的概率

古典概型:如果可能发生的结果数量为$p$,而事件A发生的数量为$q$,且这$p$个事件是等可能的,那么事件A发生的概率为:$P(A)=\frac{q}{p}$

概率的一般加法公式:$P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)$

贝叶斯公式的引理:$P(A|B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}$,$P(B|A)=\frac{P(A\cap B)}{P(A)}$,即$P(A\cap B)=P(A)*P(B|A)=P(B)*P(A|B)$

贝叶斯公式:$P(A|B)=\frac{P(A)*P(B|A)}{P(B)}$,$P(B|A)=\frac{P(B)*P(A|B)}{P(A)}$

(是的,这一堆其实就是互相移项得到的)

互斥事件:两个不可能同时发生的事件称作互斥事件,对于互斥事件A,B,有:

$P(A\cup B)=P(A)+P(B)$,$P(A\cap B)=0$

对立事件:两个不可能同时发生且必有一个发生的事件称作对立事件,对于对立事件A,B,有:

$P(A\cup B)=1=P(A)+P(B)$,$P(A\cap B)=0$

对第一个公式移项,得:

$P(A)=1-P(B)$,$P(B)=1-P(A)$

这提示了我们一个很重要的思想:正难则反!对于某一个事件的概率,如果不容易计算,我们可以计算出他的对立事件的概率然后用1去减即可

 二.期望

对于一个随机变量的分布列X,X的每个取值与对应概率的乘积之和即为期望

表达式:$E(X)=\sum_{i=1}^{n}P_{i}*x_{i}$

期望的性质:

线性性质:$E(aX+bY)=aE(X)+bE(Y)$

特别地,当$a=b=1$时,有:

$E(X+Y)=E(X)+E(Y)$

这就是“期望的和等于和的期望”

接下来是一些特殊的性质:

对于一个分布列X,满足$P_{i}=C_{n}^{i}*\frac{q}{p}^{i}*\frac{p-q}{p}^{n-i}$,可以发现这里的概率均满足二项式定理中每一项的系数,因此这个分布列被称作二项分布

二项分布的实际意义:有A,B两种物品,分别有q,p-q个,现在有放回的取出n个,那么恰好有i个A的概率即为上述

二项分布的公式:$E(X)=n*\frac{q}{p}$,$D(X)=n*\frac{q}{p}*\frac{p-q}{p}$

对于一个分布列X,满足$P_{i}=\frac{C_{M}^{i}*C_{N-M}^{n-i}}{C_{N}^{n}}$,这样的分布称为超几何分布

实际意义:在总共N件产品中抽出n件物品,其中有i件物品属于类别M的概率

公式:$E(X)=n*\frac{M}{N}$

(方差的公式过于长,这里不做展示)

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