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附录A 常见分布速查表 ​

本附录汇总课程中反复出现的分布。参数化方式与正文保持一致:Gamma 分布采用形状 r、率参数 λ,即密度中含 e−λx。

1. 离散分布 ​

分布记号取值分布律期望方差
单点分布ξ=a a.s.{a}P(ξ=a)=1a0
BernoulliBernoulli(p)0,1P(ξ=1)=ppp(1−p)
二项B(n,p)0,…,n(nk)pk(1−p)n−knpnp(1−p)
超几何H(N,M,n)合法整数 k(Mk)(N−Mn−k)(Nn)nM/NnMN(1−MN)N−nN−1
PoissonP(λ)0,1,…e−λλkk!λλ
几何Geom(p)1,2,…(1−p)k−1p1/p(1−p)/p2
离散均匀U{1,…,n}1,…,n1/n(n+1)/2(n2−1)/12

超几何分布的合法范围:

max(0,n−(N−M))≤k≤min(n,M).

2. 连续分布 ​

分布记号支撑密度期望方差
均匀U(a,b)(a,b)1b−a(a+b)/2(b−a)2/12
指数Exp(λ)(0,∞)λe−λx1/λ1/λ2
正态N(μ,σ2)R12πσe−(x−μ)2/(2σ2)μσ2
GammaΓ(r,λ)(0,∞)λrΓ(r)xr−1e−λxr/λr/λ2
χ2χn2(0,∞)Γ(n/2,1/2)n2n
CauchyCauchy(0,1)R1π(1+x2)不存在不存在
BetaBeta(α,β)(0,1)Γ(α+β)Γ(α)Γ(β)xα−1(1−x)β−1αα+βαβ(α+β)2(α+β+1)

3. 分布函数 ​

指数分布:

F(x)={0,x≤0,1−e−λx,x>0.

标准正态:

Φ(x)=12π∫−∞xe−t2/2dt.

标准 Cauchy:

F(x)=12+1πarctan⁡x.

4. 概率母函数 ​

分布G(s)=E(sξ)
Bernoulli1−p+ps
二项 B(n,p)(1−p+ps)n
Poisson P(λ)eλ(s−1)
几何,取值 1,2,…ps1−(1−p)s
几何,取值 0,1,…p1−(1−p)s

用母函数求矩:

Eξ=G′(1).Var(ξ)=G″(1)+G′(1)−[G′(1)]2.

独立和:

Gξ+η(s)=Gξ(s)Gη(s).

5. 特征函数 ​

分布φ(t)=E(eitξ)
单点 aeita
Bernoulli1−p+peit
二项 B(n,p)(1−p+peit)n
Poisson P(λ)exp⁡{λ(eit−1)}
均匀 U(a,b)eitb−eitait(b−a), t≠0
指数 Exp(λ)λλ−it
Gamma Γ(r,λ)(λλ−it)r
正态 N(μ,σ2)exp⁡(iμt−σ2t2/2)
标准 Cauchye−|t|

独立和:

φξ+η(t)=φξ(t)φη(t).

线性变换:

φaξ+b(t)=eitbφξ(at).

6. 常见关系 ​

Bernoulli 和二项:

∑i=1nBernoulli(p)=B(n,p)

其中变量独立。

Poisson 可加性:

∑i=1nP(λi)=P(∑i=1nλi)

其中变量独立。

Gamma 可加性:

Γ(r1,λ)+Γ(r2,λ)=Γ(r1+r2,λ)

其中变量独立且率参数相同。

正态可加性:

N(μ1,σ12)+N(μ2,σ22)=N(μ1+μ2,σ12+σ22)

其中变量独立。

χ2 与正态:

∑i=1nZi2∼χn2,Zi∼N(0,1) 独立.

t 分布:

ZV/n∼tn,Z∼N(0,1), V∼χn2, Z⊥V.

Cauchy 分布:

Z1Z2∼Cauchy(0,1),Z1,Z2∼N(0,1) 独立.

Beta 分布:

XX+Y∼Beta(α,β),

其中:

X∼Γ(α,λ),Y∼Γ(β,λ),X⊥Y.

7. 选择分布的线索 ​

  • 独立重复成功次数:二项分布。
  • 不放回抽样成功次数:超几何分布。
  • 稀有事件计数:Poisson 分布。
  • 等待首次成功次数:几何分布。
  • 连续均匀随机点:均匀分布。
  • 等待时间且有无记忆性:指数分布。
  • 多个独立指数等待时间之和:Gamma 分布。
  • 独立标准正态平方和: χ2 分布。
  • 大量独立小影响之和:正态分布。
  • 标准正态比值:Cauchy 或 t 分布。