概率論--條件概率全概率和貝葉斯公式

一 條件概率:設A、B是兩個事件,在A事件發(fā)生的條件下,B事件發(fā)生的概率,其中P(A)>0。說明A事件發(fā)生的概率大于0,表示A事件是必然發(fā)生的。

記為:P(B|A)=P(AB)/P(A) **************(1)

解釋:注意事件A作為條件,分母必定是條件概率,所以A事件的概率必定在分母上,分子P(AB)表示事件A與B相交的概率,記作P(A∩B)。

式1也可以這樣理解:
232.png

如圖1 A事件和B事件相交的概率. Ω為樣本空間。

12.png

舉例說明:將一枚硬幣拋兩次,觀察正反面,正面記H,反面記T.

樣本空間Ω=(HH, HT,TH,TT)

設事件A:至少一次為正面,即事件A=(HH,HT,TH)

設事件B:兩次為同一面,即事件B=(HH,TT)

求事件A發(fā)生條件下,事件B發(fā)生的概率?即求P(B|A)。

(例子來自浙大版概率與統(tǒng)計第四版)

從已知條件可知,總樣本Ω為4個,A事件有3個,B事件有2個。

所以可以直接求出A的概率與B的概率。即P(A)=3/4 ,

從圖1可以看出A事件與B事件相交事件只有一個即HH。

即P(AB)=1/4.有公式1可知

P(B|A)=P(AB)/P(A)=(1/4)/(3/4)=1/3.

1.2 乘法公式:把式1條件概率公式P(B|A)=P(AB)/P(A)

把P(AB)相交概率移到式子左邊,把P(B|A)條件概率移動式子右邊。即得到乘法公式。如式(2)

P(AB)=P(B|A) P(A)****************************(2)


二 全概率公式:

在條件概率中引入(A∩B)積事件的概念,P(A∩B)表示A和B相交的概率,也稱為積事件概率,表示相交事件的概率只有在A與B事件同事發(fā)生情況下才會發(fā)生。而在全概率公式中將引入∪和事件概念. 有個小竅門,其實可以把積事件理解為數(shù)字電路的與門、把和事件理解為數(shù)字電路的或門。
比如樣本空間S,可以劃分樣本B1,B2…B6組成,
即S=(B1∪B2∪…B6)
如圖3,B1~B6是樣本空間S的分割. ?表示空集,表示不可能事件。
3樣本空間的分割.png
而AS=A(B1∪B2∪B3∪B4∪B5∪B6)=AB1∪AB2∪AB3∪AB4∪AB5∪AB6.
假設P(Bi>0),(i=1,2…6),且(ABi)(ABj)= ?,i≠j,i,j=1,2…6。
(AB1)(AB2)(AB3)(AB4)(AB5)(AB6)= ?,表示AB1~AB6各自相交的事件兩兩互不相容。
即得到
P(A)=P(AB1)+ P(AB2) +P(AB3)+ P(AB4)+ P(AB5)+P(AB6)******(3)
= P(A|B1)P(B1)+ P(A|B2)P(B2)+ …+ P(A|B6)P(B6)**************(4)

全概率公式定理:設隨機試驗E的樣本空間為S,A為隨機試驗E的事件,其中B1,B2….Bn為S的一個劃分,其中Bi>0(i=1,2…n).

則P(A)= P(A|B1)P(B1)+ P(A|B2)P(B2)+ …+ P(A|Bn)P(Bn)*****(5)
式(5)表A事件的概率=AB1相交概率+AB2相交概率+…+ABn相交概率,式(5)即為全概率公式, 其實式(3)(4)(5)都是一樣的意思都是全概率公式。
總結 1:全概率公式,(有原因到結果)即觀察樣本空間每一個劃分與A事件相交發(fā)生的概率,并把各劃分與A事件相交概率進行累加,并最終計算A的總概率。
簡單說即觀察每一種事件A發(fā)生的概率,計算A的概率P(A)。
總結 2:在很多實際問題中A事件P(A)不能直接求得,但是可以找到S的一個劃分B1.B2…Bn且P(Bi)和P(A|Bi)容易求得的條件下,就可以求出A事件的概率。

例2某一電子元器件集團公司,有三個分廠,生產(chǎn)同一型號的低內(nèi)阻MOS管,其中一廠產(chǎn)量占30%,次品率為2%;二廠產(chǎn)量占50%,次品率為1%;三廠產(chǎn)量占20%,次品率為1%。求從這批低內(nèi)阻MOS管中任取一件的次品概率為多少?

解:設A={任取一件為次品};Bi{任取第i廠的MOS管,其中i=1,2,3}
則B1,B2,B3為整個樣本空間S的劃分。
且P(B1)=0.3;占百分之30產(chǎn)量,則P(B2)=0.5;P(B3)=0.2.
而一、二、三廠次品率分別為2%、1%、1%。
即P(A|B1)=0.02、P(A|B2)=0.01、P(A|B3)=0.01
有全概率公式得
P(A)= P(A|B1)P(B1)+ P(A|B2)P(B2)+ P(A|B3)P(B3)
P(A)=(0.020.3)+(0.010.5)+(0.01*0.2)=0.013.
即任取一件的次品概率為0.013.

三 貝葉斯公式:

與全概率公式正好相反(有結果求原因)在事件A發(fā)生的條件下,觀察每一種情況出現(xiàn)的條件概率。即已知P(A)A的概率,求分割事件Bi條件的概率。

定義:設隨機試驗E的樣本空間為S,A為隨機試驗的事件,B1~Bn為S的一個劃分,且P(A)>0,P(Bi)>0,(i=1,2,…n),則

5.png

式(6)就是貝葉斯公式。

解釋:從公式(6)可見分子就是你所求的劃分事件Bi和A事件的相交的概率,而分母其實就是個全概率公式,即也是A的概率,在這里一般往往是已知的,或者是相對比較容易求得的。

舉例:某電子設備廠所用一批集成電路有三家元器件廠提供,其中

一廠次品率為0.02,提供所占比例為0.15;
二廠次品率為0.01,提供所占比例為0.80;
三廠次品率為0.03,提供所占比例為0.05;由于在倉庫中這三家廠器件都是混合堆放,求(1)在倉庫中隨機任取一件求次品概率?(2)若隨機元器件是次品,分析此次品出自何廠,即求出此次品分別來自三家工廠中的概率。
解:設A={取到是一只次品},Bi={(i=1,2,3)表示所取得產(chǎn)品是來自第幾家廠}。有題目條件可知,B1,B2,B3是樣本空間S的一個劃分。
即P(B1)=0.15; P(B2)=0.80; P(B3)=0.05.
P(A|B1)=0.02; P(A|B2)=0.01; P(A|B3)=0.03;
所以首先有全概率公式可以求出P(A),其次有貝葉斯公司求出三家廠的次品概率。
(1) 由全概率公式求出P(A)
P(A)= P(A|B1) P(B1)+ P(A|B2) P(B2)+P(A|B3) P(B3)
=(0.020.15)+(0.010.80)+(0.03*0.05)=0.0125
(2)有貝葉斯公式分別求出三家工廠的次品率
P(B1|A)={P(A|B1) P(B1)}/p(A),= (0.02*0.15)/0.0125=0.24
P(B2|A)={P(A|B2) P(B2)}/p(A),= (0.01*0.80)/0.0125=0.64
P(B3|A)={P(A|B3) P(B3)}/p(A),= (0.03*0.05)/0.0125=0.12
從以上計算結果表明,顯然次品來自第2家廠的可能性最大。
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