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Saturday, December 1, 2012

关于 指数分布 最小和无记忆

如果有 x1, x2, .... ,xn, n 个 iid(独立同分布) 的指数分布。 expo(mu)
min(x1,...., xn) 也是一个指数分布 expo(n*mu)。 证明很简单:
P(min <y) = 1- P(min > y) = 1- (P(所有都大于 y)) =.....

而且要牢记 exponential 的memoryless(无记忆) 的特性

由此可以导出一些意思的东西。 

-------------------------------一道题目
你走进银行  一共有四个柜台,a,b,c,d 在被服务, 他们的服务时间服从指数分布 iid expo(1). i.e. 平均每人花一分钟, 在你后面没有别人进来, 

问你是最后一个离开的概率是多少? 
1/4! 多好看! 因为首先 abcd中有一个人先完成了手续就离开了 这是你上前被服务。 从这个时间点开始, 在柜台的四个人都是 崭新的exponential分布!(memoryless.)(至于这是否符合现实, 就不是我能管的事情了。 )
四个崭新的同分布, 其中任一个最大的概率是1/4.

问你要等待的时间是多少?
当然是expected time.  首先你要等一个E[min(a,d,c,d)] = 1/4, 因为 min(a,b,c,d) ~ expo(4). 
然后就是你的服务时间。 
总时间 = 1/4+1 = 5/4

问a是最后一个离开的概率是多少?
用全概率公式做
a 如果是第一个离开的, 那他/她是最后一个离开的概率是~~~~~~~~ 0 (废话)
a 如果不是第一个离开的,with probability 3/4, (w.p.) 这是你进入柜台。 那他是最后一个离开的概率是1/4
所以a 是最后一个离开的概率是 3/4*1/4 = 3/16

这个有一个巧解(不是巧姐!) ,
1. a.b.c,d 其实是不可分辨的 indistinguishable. 
2. 包括你在内的五个人中总有一个人 是要最后离开 (再次废话)
所以 排除你是最后一个离开的概率  然后平分:
(1-1/4)/4 = 3/16。

看 有时候废话的力量如此之大!


概率中的 独立 和 不交合 independent vs. disjoint 事件

学而不思则罔!
ind -   独立
mutually exclusive, disjoint -  不交合, 不相关, 互斥。。。。。

如果两个事件不相关, 就是不能同时发生, 那么他们一定不独立!
disjoint ---> not ind
ind ----> not disjoint.  (独立则可同时发生)

所以两个事件之间的关系只有:
1. ind and not disjoint. 
2. not ind and disjoint. 

 具体到概率的应用上

///------------------------------废话 基础知识 。
如果两个事件 A B 独立 。P(AB ) = P(A)P(B). 
这个更多的是从bayes 的角度出发: P(A|B) = P(A)

对于任意两个时间  P(A or B ) = P(A) +P(B) +P(A and B), 可以从Venn diagram 有直观的了解(但是非严格证明)
进而, 两个事件disjoint:  P(A or B ) = P(A ) + P(B)

/// ---------------------一个例子
考虑跑两个银币。 TT, HH TH, HT.

1. ind and not disjoint. 
A =  第一次抛出头 = {HH,HT}
B = 第二次抛出头 = {TH, HH}
共同事件 HH, so they are no disjoint。

2. not ind and disjoint.
这个就多了去了。 
A =  {HH}
B = {TT}
两事件不能同时发生,不独立。