Valoare așteptată, medie și varianță

Bazele probabilității în Python

Alexander A. Ramírez M.

CEO @ Synergy Vision

Valoarea așteptată

Valoarea așteptată: suma rezultatelor posibile ponderate cu probabilitatea lor.

$$ E(X) = \sum_{i=1}^{k} x_ip_i = x_1p_1 + x_2p_2 + \cdots + x_kp_k $$

Bazele probabilității în Python

Valoarea așteptată

Valoarea așteptată a unei variabile aleatoare discrete este suma rezultatelor posibile ponderate cu probabilitatea lor.

$$ E(X) = \sum_{i=1}^{k} x_ip_i = x_1p_1 + x_2p_2 + \cdots + x_kp_k $$

În cazul nostru, pentru aruncarea monedei obținem:

$$ E(X) = \sum_{i=1}^{2} x_ip_i = x_1p_1 + x_2p_2 = \color{red}{0\times (1-p)} + 1\times p = p $$

Bazele probabilității în Python

Valoarea așteptată (cont.)

Valoarea așteptată a unei variabile aleatoare discrete este suma rezultatelor posibile ponderate cu probabilitatea lor.

$$ E(X) = \sum_{i=1}^{k} x_ip_i = x_1p_1 + x_2p_2 + \cdots + x_kp_k $$

În cazul nostru, pentru aruncarea monedei obținem:

$$ E(X) = \sum_{i=1}^{2} x_ip_i = x_1p_1 + x_2p_2 = 0\times (1-p) + \color{red}{1\times p} = p $$

Bazele probabilității în Python

Media aritmetică

Fiecare $x_i$ este rezultatul unui experiment (de ex., o aruncare a monedei, 0 sau 1).

$$ \bar{X} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n} x_i = \frac{1}{n}(x_1+x_2+\cdots +x_n) $$

În Python, vom folosi funcția scipy.stats.describe() pentru a obține media aritmetică.

from scipy.stats import describe
describe([0,1]).mean
0.5
Bazele probabilității în Python

Grafic al mediei eșantionului pentru 100 de aruncări ale unei monede echilibrate

Bazele probabilității în Python

Grafic al mediei eșantionului pentru 1000 de aruncări ale unei monede echilibrate

Bazele probabilității în Python

Grafic al mediei eșantionului pentru 10000 de aruncări ale unei monede echilibrate

Bazele probabilității în Python

Varianța

Varianța este o măsură a dispersiei.

Reprezintă valoarea așteptată a abaterii pătratice față de valoarea așteptată.

$$ Var(X) = E[(X - E(X))^2] = \sum_{i=1}^{n}p_i \times (x_i-E(X))^2 $$

În Python, vom folosi funcția scipy.stats.describe() pentru a obține varianța eșantionului.

describe([0,1]).variance
0.5
Bazele probabilității în Python

Valoarea așteptată și varianța distribuției binomiale

Pentru $X\sim Binomial(n, p)$

$$ E(X) = n \times p $$

$$ Var(X) = n \times p \times (1-p) $$

Exemplu: $n=10$ și $p=0.5$

  • $E(X)=10\times 0.5 = 5$
  • $Var(X) = 10\times 0.5\times 0.5 = 2.5$
Bazele probabilității în Python

Valoarea așteptată și varianța distribuției binomiale (cont.)

În Python, vom folosi metoda binom.stats() pentru a obține valoarea așteptată și varianța.

binom.stats(n=10, p=0.5)
(array(5.), array(2.5))
Bazele probabilității în Python

Valoarea așteptată și varianța distribuției binomiale (cont.)

Care sunt valoarea așteptată și varianța pentru o aruncare a unei monede echilibrate?

binom.stats(n=1, p=0.5)
(array(0.5), array(0.25))

Care sunt valoarea așteptată și varianța pentru o aruncare a unei monede dezechilibrate, cu o probabilitate de succes de 30%?

binom.stats(n=1, p=0.3)
(array(0.3), array(0.21))
Bazele probabilității în Python

Valoarea așteptată și varianța distribuției binomiale (cont.)

Care sunt valoarea așteptată și varianța pentru 10 aruncări ale unei monede echilibrate?

binom.stats(n=10, p=0.5)
(array(5.), array(2.5))
Bazele probabilității în Python

Să calculăm valoarea așteptată și varianța din date

Bazele probabilității în Python

Preparing Video For Download...