Εισαγωγή Η Θεωρία Πιθανοτήτων παίζει μεγάλο ρόλο στη μοντελοποίηση και μελέτη συστημάτων των οποίων δεν μπορούμε να προβλέψουμε ή να παρατηρήσουμε την

Σχετικά έγγραφα
Μαθηματικά Πληροφορικής Πιθανοτικά Εργαλεία. Υποπροσθετικότητα. Η Πιθανοτική Μέθοδος (The Probabilistic Method)

Γιατί πιθανότητες; Γιατί πιθανότητες; Θεωρία πιθανοτήτων. Θεωρία Πιθανοτήτων. ΗΥ118, Διακριτά Μαθηματικά Άνοιξη 2017.

7. ιακϱιτή Πιϑανότητα

P (A B) = P (AB) P (B) P (A B) = P (A) P (A B) = P (A) P (B)

Τι είδαμε την προηγούμενη φορά

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά

Στοχαστικές Στρατηγικές

Τι είδαμε την προηγούμενη φορά

Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής. Θεωρία Πιθανοτήτων. Δρ. Αγγελίδης Π. Βασίλειος

B A B A A 1 A 2 A N = A i, i=1. i=1

Τυχαία μεταβλητή (τ.μ.)

Μέρος ΙΙ. Τυχαίες Μεταβλητές

3 ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ. ο δειγματικός χώρος του πειράματος θα είναι το σύνολο: Ω = ω, ω,..., ω }.

Περίληψη ϐασικών εννοιών στην ϑεωρία πιθανοτήτων

ΠΟΣΟΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ στη Ναυτιλία και τις Μεταφορές

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά

ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ Δειγματικός Χώρος. Ενδεχόμενα {,,..., }.

ΔΕΣΜΕΥΜΕΝΕΣ Ή ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΗ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΙΚΗ και ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

1. Πείραμα τύχης. 2. Δειγματικός Χώρος ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΩΝ

Τυχαία Μεταβλητή (Random variable-variable aléatoire)

pdf: X = 0, 1 - p = q E(X) = 1 p + 0 (1 p) = p V ar(x) = E[(X µ) 2 ] = (1 p) 2 p + (0 p) 2 (1 p) = p (1 p) [1 p + p] = p (1 p) = p q

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΤΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ. Κεφάλαιο 7. Τυχαίες Μεταβλητές και Διακριτές Κατανομές Πιθανοτήτων

ΤΥΧΑΙΕΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ. Έννοια Ορισμοί Τρόπος υπολογισμού Kατανομή πιθανότητας Ασκήσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ ΤΜΗΜΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΙΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ Εξετάσεις στο μάθημα ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ Ι

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ (Συνέχεια)

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

pdf: X = 0, 1 - p = q E(X) = 1 p + 0 (1 p) = p V ar(x) = E[(X µ) 2 ] = (1 p) 2 p + (0 p) 2 (1 p) = p (1 p) [1 p + p] = p (1 p) = p q

ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ I Παντελής Δημήτριος Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Κεφάλαιο 3 Κατανομές. Πέτρος Ε. Μαραβελάκης, Επίκουρος Καθηγητής, Πανεπιστήμιο Πειραιώς

Θεωρία Πιθανοτήτων και Στατιστική

Φροντιστήριο #8 Ασκήσεις σε Πιθανότητες 15/05/2015

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

ΤΜΗΜΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΙΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ Σ

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 2 : Πληροφορία και Εντροπία Διάλεξη: Κώστας Μαλιάτσος Χρήστος Ξενάκης, Κώστας Μαλιάτσος

1.1 ΔΕΙΓΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΕΝΔΕΧΟΜΕΝΑ

ΘΕΩΡΙΑ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΩΝ Ι Φεβρουάριος 2018 Σειρά Α Θέματα 3 ως 7 και αναλυτικές (ή σύντομες) απαντήσεις

ΤΥΧΑΙΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ

17/10/2016. Στατιστική Ι. 3 η Διάλεξη

ΔΙΑΔΡΑΣΤΙΚΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

P(200 X 232) = =

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ

Περιεχόμενα 2ης Διάλεξης 1 Σύνοψη προηγούμενου μαθήματος 2 Αξιωματικός ορισμός και απαρίθμηση 3 Διατάξεις - Συνδυασμοί 4 Παραδείγματα υπολογισμού πιθα

3. Κατανομές πιθανότητας

X i = Y = X 1 + X X N.

Πιθανότητες. Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd

ΗΥ-217-ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ-ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2016 ΔΙΔΑΣΚΩΝ: ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΤΣΑΚΑΛΙΔΗΣ

Στατιστική Ι. Ενότητα 3: Πιθανότητες. Δρ. Γεώργιος Κοντέος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων Γρεβενών

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

1.1 Πείραμα Τύχης - δειγματικός χώρος

ΘΕΜΑ 3 Το ύψος κύματος (σε μέτρα) σε μία συγκεκριμένη θαλάσσια περιοχή είναι τυχαία μεταβλητή X με συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας

Τυχαίες Μεταβλητές. Ορισμός

ΔΕΙΓΜΑΤΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ ΕΝΔΕΧΟΜΕΝΑ

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

3.1 ΔΕΙΓΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΕΝΔΕΧΟΜΕΝΑ

Στην Ξένια και στην Μαίρη

Στέλιος Μιταήλογλοσ Δημήτρης Πατσιμάς.

Στατιστική Ι. Ενότητα 5: Θεωρητικές Κατανομές Πιθανότητας. Δρ. Γεώργιος Κοντέος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων Γρεβενών

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ ΘΕΜΑ Α. α) Τι λέγεται δειγματικός χώρος και τι ενδεχόμενο ενός πειράματος τύχης;

X:S X(S) Έστω ότι στρίβουµε ένα αµερόληπτο νόµισµα δύο φορές και ενδιαφερόµαστε για τον αριθµό των Κ που θα εµφανιστούν.

2. Η πιθανότητα της αριθμήσιμης ένωσης ξένων μεταξύ τους ενδεχομένων είναι το άθροισμα των πιθανοτήτων των ενδεχομένων.

ΑΛΓΕΒΡΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΤΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ. Κεφάλαιο 7. Τυχαίες Μεταβλητές και Διακριτές Κατανομές Πιθανοτήτων

II. Τυχαίες Μεταβλητές

2. Η πιθανότητα της αριθμήσιμης ένωσης ξένων μεταξύ τους ενδεχομένων είναι το άθροισμα των πιθανοτήτων των ενδεχομένων.

Εξέταση στις ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ I

Εισαγωγή στη διακριτή πιθανότητα

Π Ι Θ Α Ν Ο Τ Η Τ Ε Σ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεωρία Πιθανοτήτων, εαρινό εξάμηνο Λύσεις του φυλλαδίου ασκήσεων επανάληψης. P (B) P (A B) = 3/4.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΚΡΙΤΕΣ ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ (Συνέχεια)

Τ Ε Ι Ιονίων Νήσων Τμήμα Εφαρμογών Πληροφορικής στη Διοίκηση και την Οικονομία. Υπεύθυνος: Δρ. Κολιός Σταύρος

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΤΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ. Κεφάλαιο 6. Πιθανότητες

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 3, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Θεωρία Πιθανοτήτων & Στοχαστικές Ανελίξεις - 1

Θέμα 1 ο (ΜΑΪΟΣ 2004, ΜΑΪΟΣ 2008) Να δείξετε ότι η παράγωγος της σταθερής συνάρτησης f (x) = c είναι (c) = 0. Απόδειξη

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

o Γενικό Λύκειο Χανίων Γ τάξη. Γενικής Παιδείας. Ασκήσεις για λύση

Μάθημα 3 ο a. Τυχαία Μεταβλητή-Έννοιες και Ορισμοί

ΤΜΗΜΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΙΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ Π

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. Χρόνου (Ι)

Γνωστό: P (M) = 2 M = τρόποι επιλογής υποσυνόλου του M. Π.χ. M = {A, B, C} π. 1. Π.χ.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ

ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ -ΤΥΧΑΙΕΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ(τελικές εξετάσεις πλη12)

ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΑΡΙΘΜΗΣΗΣ

Ορισμός της Πιθανότητας (Ι)

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 6 η Ημερομηνία Αποστολής στο Φοιτητή: 23 Απριλίου 2012

ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ. Ερωτήσεις του τύπου «Σωστό - Λάθος»

5. 3 ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ

Τ Ε Ι Ιονίων Νήσων Τμήμα Εφαρμογών Πληροφορικής στη Διοίκηση και την Οικονομία. Υπεύθυνος: Δρ. Κολιός Σταύρος

Στατιστική. Ενότητα 2 η : Τυχαίες μεταβλητές, Συναρτήσεις Κατανομής Πιθανότητας. Γεώργιος Ζιούτας Τμήμα Χημικών Μηχανικών Α.Π.Θ.

Δειγματικές Κατανομές

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Βιομαθηματικά BIO-156

Βιομαθηματικά BIO-156. Θεωρία Πιθανοτήτων. Ντίνα Λύκα. Εαρινό Εξάμηνο, 2016

P (A 1 A 2... A n ) = P (A 1 )P (A 2 A 1 )P (A 3 A 1 A 2 ) P (A n A 1 A 2 A n 1 ).

Πιθανότητες & Στατιστική. Μέρος I. Εισαγωγή στις Πιθανότητες. Τυχαία Πειράματα (φαινόμενα)

Transcript:

Μαθηματικά Πληροφορικής 8ο Μάθημα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών

Εισαγωγή Η Θεωρία Πιθανοτήτων παίζει μεγάλο ρόλο στη μοντελοποίηση και μελέτη συστημάτων των οποίων δεν μπορούμε να προβλέψουμε ή να παρατηρήσουμε την ακριβή συμπεριφορά (π.χ., κίνηση σωματιδίων στη Φυσική, μακροοικονομικά μοντέλα κοκ). Στην Πληροφορική οι πιθανότητες έχουν πλήθος εφαρμογών. Π.χ., στη μελέτη της δομής του Διαδικτύου ή στην ανάλυση πιθανοτικών αλγορίθμων. (Οι πιθανοτικοί αλγόριθμοι είναι αλγόριθμοι που κάνουν κάποιες τυχαίες επιλογές κατά τη διάρκεια του υπολογισμού τους. Προςπαθούν έτσι να παρακάμψουν τη δυσκολία της εισόδου).

Εννοιες Ορισμός (Πείραμα) σύνολο αποτελεσμάτων = δειγματικός χώρος. Τα στοιχεία του δειγματικού χώρου ονομάζονται αποτελέσματα ή δείγματα. Ο δειγματικός χώρος είναι διακριτός αν είναι πεπερασμένος ή, γενικότερα, αριθμήσιμος. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίψη νομίσματος = {Κ, Γ}. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίψη 2 διαφορετικών νομισμάτων = {ΚΚ, ΚΓ, ΓΚ, ΓΓ}. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Πυροβολώ στόχο μέχρι εύστοχη βολή = {ε, αε, ααε, αααε,... } αριθμήσιμο

Πιθανότητα Ορισμός Η Πιθανότητα είναι μια συνάρτηση P : R [0, 1] τ. ω. 1. P(x i ) 0, x i και 2. x i P(x i) = 1. P(x i ) = 0 x i δεν εμφανίζεται P(x i ) = 1 x i εμφανίζεται πάντα Διαισθητικά, όταν ένα αποτέλεσμα A έχει πιθανότητα 0.6 περιμένουμε ότι αν εκτελέσουμε το πείραμα «πάρα πολλές» (= άπειρες) φορές, το A θα συμβεί το 60% των φορών.

Παράδειγμα ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίψη 2 νομισμάτων. Υποθέτουμε πως σε κάθε ρίψη η πιθανότητα να έρθει ένα νόμισμα Κ ή Γ είναι 1/2, δηλ. τα νομίσματα είναι τέλεια. Ο δειγματικός χώρος = {ΚΚ, ΚΓ, ΓΚ, ΓΓ}. Επειδή τα νομίσματα είναι τέλεια όλα τα αποτελέσματα είναι ισοπίθανα. Επομένως P(KK) = 1 = P(KΓ) = P(ΓK) = P(ΓΓ). 4

Γεγονός Ορισμός Γεγονός Γ : απλό αν Γ = 1, σύνθετο αν Γ > 1. P(Γ) := x Γ P(x). Ενα γεγονός συμβαίνει κάθε φορά που εμφανίζεται κάποιο από τα δείγματα που περιλαμβάνονται σε αυτό το γεγονός. Π.χ. Στη ρίψη ενός νομίσματος, το γεγονός {K} συμβαίνει με πιθανότητα 1/2. Το γεγονός {K, Γ} συμβαίνει με πιθανότητα 1. Π.χ. ρίχνουμε ένα ζάρι. Ο δειγματικός χώρος έχει 6 στοιχεία. Τα δυνατά γεγονότα που μπορούμε να ορίσουμε είναι 2 6, όσα και τα δυνατά υποσύνολα του δειγματικού χώρου.

Παράδειγμα 23 άτομα, κατανομή των γενεθλίων τους σε μία από τις 365 δυνατές ημερομηνίες: = 365 23 δείγματα, τα υποθέτουμε ισοπίθανα. Πόσα από τα στοιχεία του δειγματικού χώρου αντιστοιχούν σε κατανομές γενεθλίων στις οποίες και τα 23 ατόμα έχουν διαφορετικές ημερομηνίες γέννησης; P(365, 23) = 365! (365 23)! Ορίζουμε τώρα το γεγονός Γ : δεν υπάρχουν δύο άτομα με τα ίδια γενέθλια. Το γεγονός αποτελείται από τα παραπάνω P(365, 23) στοιχεία του δειγματικού χώρου. P(Γ) = x Γ P(x)= x Γ 1 = P(365, 23)/36523 0, 5.

Πράξεις γεγονότων Τα γεγονότα είναι εξ ορισμού σύνολα. Οταν λέμε πως δύο γεγονότα A, B συμβαίνουν μαζί εννοούμε πως εμφανίζεται στοιχείο του δειγματικού χώρου που ανήκει στην τομή A B. Γενικότερα: γεγονότα σύνολα A & B A B A B A B A & B A B A B A B

Θεμελιώδη Θεωρήματα Δύο γεγονότα A, B λέγονται αλληλοαποκλειόμενα (ασυμβίβαστα) όταν A B =. Θεώρημα Για αλληλοαποκλειόμενα (ασυμβίβαστα) γεγονότα A, B P(A B) = P(A) + P(B) Για οποιαδήποτε γεγονότα A, B, P(A B) = P(A) + P(B) P(A B). Θεώρημα (Συμπλήρωμα) Γεγονός A = A P(A) = 1 P(A).

Παράδειγμα 1000 άτομα = 515 γυναίκες + 485 άνδρες. 90 γυναίκες φίλαθλοι, 302 άνδρες φίλαθλοι. Πείραμα := τυχαία επιλογή ατόμου = 1000. P(γφ) = 90 425 302 183 1000, P(γμ) = 1000, P(αφ) = 1000, P(αμ) = 1000. Επιλογή φιλάθλου Επιλογή γυναίκας Φ := γφ αφ Γ := γφ γμ P(Φ) = 392/1000 P(Γ) = 515/1000 Φ Γ = φίλαθλη γυναίκα p = 90 0 / 00 P(Φ) P(Γ) = 204 0 / 00. Συνεχίζεται...

Παράδειγμα Συνέχεια... Φ Γ = φίλαθλος ή γυναίκα p = 1 P(αμ) = 817 0 / 00. γφ αφ γμ = αφ Γ : ξένα p = P(Γ) + P(αφ) = 515+302 1000. P(Φ Γ) = P(Φ) + P(Γ) P(Φ Γ) = (392 + 515 90)/1000. Φ A = αμ γφ: ασυμβίβαστα. δηλ. P(αμ) + P(γφ) = 90+183 1000 = 273 0 / 00. P(Φ Α) = 1 P(γμ ή αφ) = 1 425+302 1000 = 1 727 1000 = 273 0 / 00.

Δεσμευμένη Πιθανότητα

Δεσμευμένη Πιθανότητα Ορισμός Γεγονότα Α, Β δειγματικού χώρου Δ. Δεσμευμένη πιθανότητα του Α με δεδομένο το Β: P(A B). ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίψη 2 νομισμάτων, P(KK) = 1 4. Αν ξέρω ότι το 1 o είναι Κ, τότε P(KK K) = 1 2. Αν ξέρω ότι το 1 o είναι Γ, τότε P(KK Γ) = 0.

Δεσμευμένη Πιθανότητα (2) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ P(φ) = P(αφ, γφ) = 392 0 / 00, P(γ) = 515 0 / 00. Αν μας δίνεται το φύλο, με τι πιθανότητα είναι φίλαθλος; Αν γυναίκα P(φ γ) = P(γφ γ) = 90 515 < 392 0 / 00 Αν άντρας P(φ α) = P(αφ α) = 302 485 > 392 0 / 00 Αν μας δίνεται η φίλαθλη ιδιότητα, με τι πιθανότητα είναι 90 302 γυναίκα; 392 = P(γφ φ) = P(γ φ) < P(α φ) = 392, αν και P(γ) > P(α). Με τη δεσμευμένη πιθανότητα, αλλάζει ο δειγματικός χώρος.

Ορισμός Υπολογισμός Ορισμός για στοιχείο x : Αν x B τότε P(x B) := 0. Αν x B τότε P(x B) := P(x)/P(B). Πόρισμα Εστω B με P(B) < 1. Τότε P(x B) > P(x), x B. Η συνάρτηση P(x B) είναι μια νέα πιθανότητα διότι 0 και x P(x B) = x B P(x) P(B) = 1.

Ορισμός Υπολογισμός Ορισμός για στοιχείο x : Αν x B τότε P(x B) := 0. Αν x B τότε P(x B) := P(x)/P(B). Πόρισμα Εστω B με P(B) < 1. Τότε P(x B) > P(x), x B. Η συνάρτηση P(x B) είναι μια νέα πιθανότητα διότι 0 και Για γεγονός Α, P(A B) = x A B x P(x B) = x B P(x B) = x A B P(x) P(B) = 1. P(x)/P(B) = P(A B). P(B)

Δεσμευμένη Πιθανότητα: π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3 ζάρια στη σειρά. Ολες οι ζαριές είναι 6 3. A : άσος, B : 2 ίδιες όψεις. 1 P(B) = P(6, 3)/6 3 = 5/9 : P(6, 3) τριάδες σε 6 κουτιά 2 P(A B) = 3 P(5, 2)/6 3. 1, 2 P(A B) = P(A B) P(B) = 3 5!/3! 6!/3! = 3 6 = 1 2. 3 P(A) = 1 P(A) = 1 53 6 3. 2, 3 P(B A) = P(A B) P(A) = 3 P(5,2)/63 (6 3 5 3 )/6 3 = 3(5 4) 216 125 = 60 91.

Δεσμευμένη Πιθανότητα: πόρισμα εφόσον P(A B) P(B A) = P(A B) P(A) P(A) P(B) = P(A B)P(B) P(A)

Ανεξάρτητα Γεγονότα Λήμμα Αν P(A), P(B) > 0 τα παρακάτω είναι ισοδύναμα: 1. P(A) = P(A B) = P(A B)/P(B). 2. P(A)P(B) = P(A B). 3. P(B) = P(B A). Ορισμός Γεγονότα A και B με P(A), P(B) > 0 ανεξάρτητα αν P(A) = P(A B) ή ισοδύναμα P(B) = P(B A). Θεώρημα Γεγονότα A και B ανεξάρτητα P(A)P(B) = P(A B).

Ανεξάρτητα Γεγονότα - Παράδειγμα Ορισμός Γεγονότα A και B με P(A), P(B) > 0 ανεξάρτητα αν P(A) = P(A B) ή ισοδύναμα P(B) = P(B A). Θεώρημα Γεγονότα A και B ανεξάρτητα P(A)P(B) = P(A B). ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίψη 2 νομισμάτων στη σειρά P(KK) = 1 4 P(KK 1 o K) = 1 2 > P(KK): KK και 1o K εξαρτημένα. P(2 o K 1 o K) = 1 2 = P(2o K) 1 o, 2 o ανεξάρτητα.

Ανεξάρτητα Γεγονότα (2) Ορισμός A, B Ασυμβίβαστα/Ξένα αν A B =. Εστω γεγονότα A και B με P(A), P(B) > 0. Αν A, B Ξένα P(A B) = 0 P(A)P(B) Εξαρτημένα. Ανεξάρτητα & Ασυμβίβαστα/Ξένα : ΑΔΥΝΑΤΟ. A B = Α, Β ανεξάρτητα X Α, Β εξαρτημένα A B X: αδύνατο : δυνατό, αλλά όχι υποχρεωτικό.

Ανεξάρτητα Γεγονότα (3) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2 νομίσματα στη σειρά. Α: 1 o Κ, Β: Διαφορετικά αποτελέσματα. Είναι ανεξάρτητα; ΝΑΙ, γιατί P(A B) = 1 2 = P(A) P(B A) = 1 2 = P(B) = #{ΚΓ, ΓΚ} #{ΚΚ, ΚΓ, ΓΚ, ΓΓ} Πώς προκύπτουν τα παραπάνω νούμερα;

Τύπος Bayes Για οποιαδήποτε δύο γεγονότα E και F ισχύει: E = (E F ) (E F ) Τα (E F ) και (E F ) είναι αλληλοαποκλειόμενα P(E) = P(E F ) + P(E F ) = P(E F )P(F ) + P(E F )P(F ) = P(E F )P(F ) + P(E F ) [1 P(F )]

Τύπος Bayes (2) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Τίθεται Ερώτηση. Πολλαπλή επιλογή: m απαντήσεις. Γ := {Ο φοιτητής γνωρίζει την απάντηση}, με πιθανότητα = p. Αλλιώς, τυχαία απάντηση με πιθανότητα = 1 p. Σ := {επιλογή σωστής}. P(Γ Σ) P(Σ Γ)P(Γ) P(Γ Σ) = = P(Σ) P(Σ Γ)P(Γ) + P(Σ Γ) [1 P(Γ)] 1 p = 1 p + 1 m (1 p) = mp mp + 1 p = mp 1 + (m 1)p m = 5, p = 1 2 P(Γ Σ) = 5 2 1 + 4 2 = 5 2 3 = 5 6

Τύπος Bayes (3) P(F E) = P(E F )P(F ) P(E F )P(F ) + P(E F ) [1 P(F )] Γενικά F 1 F n =, F i F j = P(E F i )P(F i ) P(F i E) = i=1,...,n P(E F i)p(f i )

Παράδειγμα Δίνεται πως σε μια βδομάδα, κάθε μέρα, 30% πιθανότητα βροχής. α) P[ βροχερή] = 1 P[ β] = 1 (0, 7) 7. β) P[ 2 βροχερές β] = 1 P[ ακριβώς 6 μέρες ανομβρίας β] = = 1 7(0, 7)6 (0, 3). P[ β ]

Παράδειγμα: το Monty Hall πρόβλημα Σε ένα τηλεπαιχνίδι υπάρχουν τρεις πόρτες. Πίσω από τη μία πόρτα βρίσκεται κάποιο αυτοκίνητο ενώ πίσω από τις άλλες δύο μία κατσίκα. Ο παίκτης διαλέγει τυχαία μία από τις τρεις πόρτες. Ο παρουσιαστής ανοίγει τυχαία μία από τις δύο πόρτες που έχει πίσω της κατσίκα. Ο παίκτης μπορεί είτε να αλλάξει την επιλογή του, είτε να επιμείνει στην αρχική. Τί πρέπει να κάνει ώστε να μεγιστοποιήσει την πιθανότητα νίκης;

Τυχαίες Μεταβλητές

Τυχαίες Μεταβλητές Μια τυχαία μεταβλητή είναι μια ποσότητα που μετράμε σε σχέση με ένα τυχαίο πείραμα. Ορισμός Μια τυχαία μεταβλητή είναι μια συνάρτηση R : V που αποδίδει τιμές από το V σε κάθε στοιχείο του δειγματικού χώρου. Συχνά V = R. Η τιμή της R δεν αντιπροσωπεύει πιθανότητα. Μπορούμε όμως να αναθέσουμε πιθανότητες στις διάφορες τιμές της R με βάση τις πιθανότητες των αντίστοιχων δειγμάτων του.

Τυχαίες Μεταβλητές ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Η χαρακτηριστική τυχαία μεταβλητή του δείγματος δ. R(x) = { 1 x, x = δ 0 x, x δ Τα γεγονότα που σχετίζονται με μια τυχαία μεταβλητή αφορούν τις τιμές που αυτή παίρνει. P(R = 1) = P(x = δ ) P(R > 0) = P(x = δ )

Τυχαίες Μεταβλητές ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίχνουμε ένα τέλειο νόμισμα 10 φορές και μας ενδιαφέρει ο αριθμός των κεφαλών που θα έρθουν. Ορίζουμε την τυχαία μεταβλητή R να είναι ο αριθμός των κεφαλών σε κάθε δείγμα. Ο δειγματικός χώρος περιέχει τις ακολουθίες μήκους 10 που αποτελούνται από Κ και Γ. Π.χ., R(ΓΚΚΓΚΓΓΚΓΓ) = 4. ( ) 10 P(R = 4) = /2 10. 4 10 ( ) 10 P(R 4) = /2 10. i i=4

Κατανομές Οι τυχαίες μεταβλητές αντιστοιχίζουν ενδεχόμενα (δείγματα) σε τιμές. Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας εκφράζει «απευθείας» την πιθανότητα η τυχαία μεταβλητή να λάβει κάποια τιμή. Ορισμός Εστω R μια τ. μ. με σύνολο αφίξεως V και πεδίο τιμών range(r) V. Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας (probability density function) της R είναι μια συνάρτηση PDF R : V [0, 1] τέτοια ώστε { P(R = x) αν x range(r) PDF R (x) = 0 αν x range(r) Συνέπεια του ορισμού: x range(r) PDF R(x) = 1.

Κατανομές (συνέχεια) Ορισμός Εστω R μια τ.μ. με σύνολο αφίξεως R. Η συνάρτηση κατανομής (cumulative distribution function) της R είναι μια συνάρτηση CDF R : R [0, 1] τέτοια ώστε CDF R (x) = P(R x). Συνέπεια του ορισμού: CDF R (x) = P(R x) = y x P(R = y) = y x PDF R(x).

Διωνυμική Κατανομή ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίχνουμε ένα τέλειο νόμισμα n φορές και μας ενδιαφέρει ο αριθμός των κεφαλών που θα έρθουν. Ορίζουμε την τυχαία μεταβλητή R να είναι ο αριθμός των κεφαλών σε κάθε δείγμα. P(R = k) = ( ) n 2 n. k Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας PDF R f n : {0, 1, 2,..., n} [0, 1] ορίζεται ως ( ) n f n (k) = 2 n. k

Διωνυμική Κατανομή (συνέχεια) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίχνουμε ένα τέλειο νόμισμα n φορές και μας ενδιαφέρει ο αριθμός των κεφαλών που θα έρθουν. Ορίζουμε την τυχαία μεταβλητή R να είναι ο αριθμός των κεφαλών σε κάθε δείγμα. P(R = k) = ( ) n 2 n. k Η συνάρτηση κατανομής CDF R F n : R [0, 1] 0 αν x < 0 F n (x) = x ( n ) i=0 i 2 n αν x n 1 αν x > n

Αναμενόμενη Τιμή Τυχαίας Μεταβλητής Ορισμός Η αναμενόμενη (ή μέση) τιμή μιας τυχαίας μεταβλητής X : R ορίζεται ως E(X ) = δ P(δ)X (δ). Ισχύει E(X ) = δ P(δ)X (δ) = v R P(X = v)v. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίχνουμε ένα ζάρι. Ορίζουμε την τυχαία μεταβλητή X να είναι ίση με τον αριθμό που μας δίνει η ρίψη του ζαριού. E(X ) = 7/2.

Παράδειγμα: Mean Time to Failure Ενα πρόγραμμα κρασάρει στο τέλος της κάθε ώρας με πιθανότητα p, αν υποθέσουμε πως δεν έχει κρασάρει ακόμη. Εστω C η τυχαία μεταβλητή που δηλώνει τον αριθμό των ωρών που το πρόγραμμα θα τρέξει μέχρι να κρασάρει. P(C = i) = (1 p) i 1 p. E(C) = 1 ip(c = i) =... = p (1 (1 p)) 2 = 1/p. i N Η C ακολουθεί τη λεγόμενη γεωμετρική κατανομή.

Άλλα παραδείγματα γεωμετρικής κατανομής Ρίχνουμε σε ένα στόχο με κλειστά μάτια. Η πιθανότητα να πετύχουμε το στόχο είναι p. Ποιο είναι το αναμενόμενο πλήθος βολών μέχρι να πετύχουμε το στόχο; Ρίχνουμε ένα νόμισμα το οποίο έρχεται κορώνα με πιθανότητα p. Ποιο είναι το αναμενόμενο πλήθος ρίψεων μέχρι να πετύχουμε κορώνα; Οταν ένα ζευγάρι κάνει ένα παιδί βγαίνει κορίτσι με πιθανότητα p. Ποιο είναι το αναμενόμενο πλήθος παιδιών μέχρι να γεννηθεί κορίτσι; Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις η απάντηση είναι 1/p.

Γραμμικότητα Αναμενόμενης Τιμής Θεώρημα Για οποιεσδήποτε τυχαίες μεταβλητές X 1, X 2,..., X n E(X 1 + X 2 +... + X n ) = E(X 1 ) + E(X 2 ) +... + E(X n ). Απόδειξη. Θέτουμε X = X 1 + X 2 +... + X n. E(X ) = δ P(δ)X (δ) = δ P(δ) (X 1 (δ) +... + X n (δ)) = P(δ)X 1 (δ) +... + P(δ)X n (δ) δ δ = E(X 1 ) +... + E(X n ).

Παράδειγμα:Γραμμικότητα Αναμενόμενης Τιμής Θεώρημα Για οποιεσδήποτε τυχαίες μεταβλητές X 1, X 2,..., X n E(X 1 + X 2 +... + X n ) = E(X 1 ) + E(X 2 ) +... + E(X n ). ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ρίχνουμε δύο ζάρια. Ορίζουμε την τυχαία μεταβλητή X να είναι ίση με το άθροισμα των αριθμών που μας δίνουν οι ρίψεις των δύο ζαριών. E(X ) = 7.

Παράδειγμα: Το πρόβλημα της συλλογής κουπονιών Υπάρχουν n είδη κουπονιών. Σε κάθε δοκιμή διαλέγουμε τυχαία και ομοιόμορφα ένα κουπόνι. Πόσες δοκιμές πρέπει να γίνουν ώστε να διαλέξουμε τουλάχιστον ένα κουπόνι από κάθε είδος; Εστω X i, i 1, ο αριθμός των δοκιμών που θα εκτελέσουμε ώστε ο αριθμός των ειδών που έχουμε συλλέξει να αυξηθεί από i 1 σε i. Μας ενδιαφέρει το άθροισμα X 1 + X 2 +... + X n. Η κάθε μία από τις X i ακολουθεί τη γεωμετρική κατανομή. Οταν έχουμε δει i 1 είδη, η πιθανότητα σε μία δοκιμή να δούμε ένα καινούργιο είναι (n (i 1))/n. Επομένως E(X i ) = n/(n (i 1)). E(X 1 +X 2 +...+X n ) = n/n+n/(n 1)+...+n/1 = nh n = Θ(n ln n).

Το πρόβλημα της συλλογής κουπονιών (συνέχεια) Υπάρχουν n είδη κουπονιών. Σε κάθε δοκιμή διαλέγουμε τυχαία και ομοιόμορφα ένα κουπόνι. Πόσες δοκιμές πρέπει να γίνουν ώστε να διαλέξουμε τουλάχιστον ένα κουπόνι από κάθε είδος; Ισοδύναμο πρόβλημα: έχουμε n διακεκριμένα δοχεία και ρίχνουμε μία μπάλα σε ένα δοχείο που επιλέγουμε τυχαία. Πόσες ρίψεις πρέπει να γίνουν μέχρι κάθε δοχείο να περιέχει τουλάχιστον μία μπάλα; Το αναμενόμενο πλήθος ρίψεων είναι πάλι nh n = Θ(n ln n).