概率的定义:
描述性定义:
在相同的条件下,独立重复地做NNN次试验,当试验次数NNN很大时,如果事件AAA发生的频率fN(A)f_N(A)fN(A)稳定地在[0,1][0,1][0,1]内的某一个数值ppp,而且一般来说随着试验次数的增多,这种摆动的幅度会越来越小,则称数值ppp为事件AAA发生的概率,记为P(A)=pP(A)=pP(A)=p。
公理化定义:
设EEE为随机试验,Ω\OmegaΩ是它的样本空间,对于EEE的每一个事件AAA赋予一个实数,记为P(A)P(A)P(A),如果集合函数P(⋅)P(·)P(⋅)满足下列条件:
(1)非负性:对于每一个事件AAA,P(A)⩾0P(A)\geqslant 0P(A)⩾0;
(2)规范性:P(Ω)=1P(\Omega) = 1P(Ω)=1
(3)可列可加性:对于两两互斥的事件A1,A2,…,Ai,…,Aj,…,AnA_1,A_2,…,A_i,…,A_j,…,A_nA1,A2,...,Ai,...,Aj,...,An,即AiAj=ϕ(i≠j)A_iA_j = \phi(i \neq j)AiAj=ϕ(i̸=j)有:P(⋃n=1∞An)=∑n=1∞P(An)P(\bigcup_{n=1}^{\infty}A_n) = \sum_{n=1}^{\infty}P(A_n)P(n=1⋃∞An)=n=1∑∞P(An)则称实数P(A)P(A)P(A)为事件AAA的概率。
概率的性质:
性质1:
不可能事件ϕ\phiϕ的概率为0,即P(ϕ)=0P(\phi)=0P(ϕ)=0
性质2:
有限可加性,若A1,A2,…,Ai,…,Aj,…,AnA_1,A_2,…,A_i,…,A_j,…,A_nA1,A2,...,Ai,...,Aj,...,An为两两互斥事件,即AiAj=ϕ(i≠j)A_iA_j=\phi(i \neq j)AiAj=ϕ(i̸=j),则有P(⋃i=1nAi)=∑i=1nP(Ai)P(\bigcup_{i=1}^{n}A_i) = \sum_{i=1}^{n}P(A_i)P(i=1⋃nAi)=i=1∑nP(Ai)
性质3:
设AAA,BBB是两个事件,P(B−A)=P(B)−P(BA)P(B-A) = P(B) – P(BA)P(B−A)=P(B)−P(BA);特别的,若A⊂BA \subset BA⊂B,则:
(1)P(B−A)=P(B)−P(A)P(B-A)=P(B) – P(A)P(B−A)=P(B)−P(A),
(2)P(B)⩾P(A)P(B) \geqslant P(A)P(B)⩾P(A)
性质4:
对于任一事件AAA,有P(A)⩽1P(A) \leqslant 1P(A)⩽1
性质5:
对于任一事件AAA,有P(A‾)=1−P(A)P(\overline A) = 1-P(A)P(A)=1−P(A)
性质6:
对于任意两个事件AAA、BBB有P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(AB)P(A\cup B) = P(A) + P(B) – P(AB)P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(AB);特别地,若AAA与BBB互斥,则有P(A∪B)=P(A)+P(B)P(A\cup B) = P(A) + P(B)P(A∪B)=P(A)+P(B)。
上述公式通常称为概率加法公式:P(⋃i=1nAi)=∑i=1nP(Ai)−∑1⩽i<j⩽nP(AiAj)+∑1⩽i<j<k⩽nP(AiAjAk)+…+(−1)n−1P(AiAj…An)P(\bigcup_{i=1}^{n}A_i) = \sum_{i=1}^{n}P(A_i)-\sum_{1\leqslant i < j \leqslant n}P(A_iA_j)+\sum_{1\leqslant i < j <k \leqslant n}P(A_iA_jA_k)+…+(-1)^{n-1}P(A_iA_j…A_n)P(i=1⋃nAi)=i=1∑nP(Ai)−1⩽i<j⩽n∑P(AiAj)+1⩽i<j<k⩽n∑P(AiAjAk)+...+(−1)n−1P(AiAj...An)
重要的概率关系公式:
事件独立性:
事件相互独立,即多个事件的发生相互之间没有影响,或不提供任何信息引起其他事件的发生。若AAA、BBB两事件相互独立,则有P(AB)=P(A)P(B)P(AB)=P(A)P(B)P(AB)=P(A)P(B)
德摩根定律:
两个集合的交集的补集等于它们各自补集的并集:
AB‾=A‾∪B‾\overline{AB}=\overline A \cup \overline BAB=A∪B两个集合的并集的补集等于它们各自补集的交集A∪B‾=A‾∩B‾\overline {A \cup B}=\overline A \cap \overline BA∪B=A∩B
概率的性质三:
P(A−B)=P(A)−P(AB)P(A-B) = P(A) – P(AB)P(A−B)=P(A)−P(AB)若B⊂AB \subset AB⊂A,则:
P(A−B)=P(A)−P(B)P(A-B)=P(A) – P(B)P(A−B)=P(A)−P(B)
概率的性质五:
对于任一事件AAA,有P(A‾)=1−P(A)P(\overline A) = 1-P(A)P(A)=1−P(A)
概率加法公式(概率的性质六):
P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(AB)P(A\cup B) = P(A) + P(B) – P(AB)P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(AB)当AAA与BBB互斥,则:P(A∪B)=P(A)+P(B)P(A\cup B) = P(A) + P(B)P(A∪B)=P(A)+P(B)
条件概率:
求事件BBB已发生的条件下事件AAA发生条件概率,即:P(A∣B)=P(AB)P(B)P(A|B)=\frac{P(AB)}{P(B)}P(A∣B)=P(B)P(AB)
乘法公式:
求几个事件同时发生的概率,即:P(A1A2…An)=P(A1)P(A2∣A1)P(A3∣A1A2)…P(An∣A1…An−1)P(A_1A_2…A_n)=P(A_1)P(A_2|A_1)P(A_3|A_1A_2)…P(A_n|A_1…A_{n-1})P(A1A2...An)=P(A1)P(A2∣A1)P(A3∣A1A2)...P(An∣A1...An−1)例如,若有AAA、BBB两随机事件,则AAA、BBB同时发生的概率为:P(AB)=P(A)P(B∣A)P(AB)=P(A)P(B|A)P(AB)=P(A)P(B∣A)
全概率公式:
某一事件BBB发生是由各种原因Ai,(i=1,2,…,n)A_i,(i=1,2,…,n)Ai,(i=1,2,...,n)引起的,则BBB发生的概率与P(BAi),(i=1,2,…,n)P(BA_i),(i=1,2,…,n)P(BAi),(i=1,2,...,n)有关,且等于他们的总和,即P(B)=∑i=1nP(Ai)P(B∣Ai)P(B)=\sum_{i=1}^{n}P(A_i)P(B|A_i)P(B)=i=1∑nP(Ai)P(B∣Ai)
贝叶斯公式(逆全概率公式):
当结果BBB发生时,它是由原因AiA_iAi引起的可能性的大小,即要计算事件AiA_iAi在事件BBB已发生的条件下的条件概率为:P(Ai∣B)=P(Ai)P(B∣Ai)∑j=1nP(Aj)P(B∣Aj)P(A_i|B)=\frac{P(A_i)P(B|A_i)}{\sum_{j=1}^{n}P(A_j)P(B|A_j)}P(Ai∣B)=∑j=1nP(Aj)P(B∣Aj)P(Ai)P(B∣Ai)