Math:条件概率

(一)条件概率

定义:设A,BA,BA,B是两个事件,且P(A)>0P(A)>0P(A)>0,称

P(B∣A)=P(AB)P(A)P(B|A)=\frac{P(AB)}{P(A)}P(BA)=P(A)P(AB)

为在事件AAA发生的条件下事件BBB发生的条件概率。

条件概率P(.∣A)P(.|A)P(.A)符合概率定义中的三个条件,即

1、非负性:对于每一事件BBB,有P(B∣A)⩾0P(B|A) \geqslant 0P(BA)0
2、规范性:对于必然事件SSS,有P(S∣A)=1P(S|A) = 1P(SA)=1
3、可列可加性:设B1,B2,...B_1,B_2,...B1,B2,...是两两互不相容的事件,则有

P(⋃i=1∞Bi∣A)=∑i=1∞P(Bi∣A).P(\bigcup_{i=1}^{\infty}B_i|A)=\sum_{i=1}^{\infty }P(B_i|A).P(i=1BiA)=i=1P(BiA).

(二)乘法定理

由条件概率的定义,可得下述定理。

乘法定理:设P(A)>0P(A)>0P(A)>0,则有

P(AB)=P(B∣A)P(A).P(AB)=P(B|A)P(A).P(AB)=P(BA)P(A).

此式称为乘法公式。

乘法公式容易推广到多个事件的积事件的情况。例如,设A,B,CA,B,CA,B,C为事件,且P(AB)>0P(AB)>0P(AB)>0,则有

P(ABC)=P(C∣AB)P(B∣A)P(A).P(ABC)=P(C|AB)P(B|A)P(A).P(ABC)=P(CAB)P(BA)P(A).

在这里,注意到由假设P(AB)>0P(AB)>0P(AB)>0可推得P(A)⩾P(AB)>0.P(A)\geqslant P(AB)>0.P(A)P(AB)>0.

一般,设A1,A2,...,AnA_1,A_2,...,A_nA1,A2,...,Annnn个事件,n⩾2n\geqslant 2n2,且P(A1A2...An−1)>0P(A_1A_2...A_{n-1})>0P(A1A2...An1)>0,则有

P(A1A2...An)=P(An∣A1A2...An−1)P(An−1∣A1A2...An−2)...P(A2∣A1)P(A1).P(A_1A_2...A_n)=P(A_n|A_1A_2...A_{n-1})P(A_{n-1}|A_1A_2...A_{n-2})...P(A_2|A_1)P(A_1).P(A1A2...An)=P(AnA1A2...An1)P(An1A1A2...An2)...P(A2A1)P(A1).

(三)全概率公式和贝叶斯公式

样本空间的划分

定义:设SSS为试验EEE的样本空间,B1,B2,...,BnB_1,B_2,...,B_nB1,B2,...,BnEEE的一组事件。若

(1)BiBj=空集,i≠j,i,j=1,2,...,nB_iB_j=空集 ,i \neq j,i,j=1,2,...,nBiBj=,i̸=j,i,j=1,2,...,n
(2)B1∪B2∪...∪Bn=SB_1\cup B_2\cup ... \cup B_n=SB1B2...Bn=S

则称B1,B2,...,BnB_1,B_2,...,B_nB1,B2,...,Bn为样本空间SSS的一个划分。

B1,B2,...,BnB_1,B_2,...,B_nB1,B2,...,Bn是样本空间的一个划分,那么,对每次试验,事件B1,B2,...,BnB_1,B_2,...,B_nB1,B2,...,Bn中必有一个且仅有一个发生。

全概率公式

设试验EEE的样本空间为SSSAAAEEE的事件,B1,B2,...,BnB_1,B_2,...,B_nB1,B2,...,BnSSS的一个划分,且P(Bi)>0(i=1,2,...,n)P(B_i)>0(i=1,2,...,n)P(Bi)>0(i=1,2,...,n),则

P(A)=P(A∣B1)P(B1)+P(A∣B2)P(B2)+...+P(A∣Bn)P(Bn)P(A)=P(A|B_1)P(B_1)+P(A|B_2)P(B_2)+...+P(A|B_n)P(B_n)P(A)=P(AB1)P(B1)+P(AB2)P(B2)+...+P(ABn)P(Bn)

此式称为全概率公式

贝叶斯公式

设试验EEE的样本空间SSSAAAEEE的事件,B1,B2,...,BnB_1,B_2,...,B_nB1,B2,...,BnSSS的一个划分,且P(A)>0,P(Bi)>0(i=1,2,...,n)P(A)>0,P(B_i)>0(i=1,2,...,n)P(A)>0,P(Bi)>0(i=1,2,...,n),则

P(Bi∣A)=P(A∣Bi)P(Bi)∑j=1nP(A∣Bj)P(Bj),i=1,2,...,n.P(B_i|A)=\frac{P(A|B_i)P(B_i)}{\sum_{j=1}^{n}P(A|B_j)P(B_j) },i=1,2,...,n.P(BiA)=j=1nP(ABj)P(Bj)P(ABi)P(Bi),i=1,2,...,n.

此式称为贝叶斯(Bayes)公式。

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