Pravděpodobnost a statistika, Biostatistika pro kombinované studium. Jan Kracík

Podobné dokumenty
Náhodný vektor a jeho charakteristiky

JAK MODELOVAT VÝSLEDKY NÁH. POKUSŮ? Martina Litschmannová

AVDAT Náhodný vektor, mnohorozměrné rozdělení

Poznámky k předmětu Aplikovaná statistika, 4. téma

JAK MODELOVAT VÝSLEDKY

Poznámky k předmětu Aplikovaná statistika, 4. téma

Náhodná veličina a její charakteristiky. Před provedením pokusu jeho výsledek a tedy ani sledovanou hodnotu neznáte. Proto je proměnná, která

NÁHODNÝ VEKTOR. 4. cvičení

Statistika II. Jiří Neubauer

n = 2 Sdružená distribuční funkce (joint d.f.) n. vektoru F (x, y) = P (X x, Y y)

Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

Pravděpodobnost a aplikovaná statistika

Pravděpodobnost a statistika (BI-PST) Cvičení č. 7

MATEMATICKÁ STATISTIKA - XP01MST

Charakterizace rozdělení

Téma 22. Ondřej Nývlt

Pojmy z kombinatoriky, pravděpodobnosti, znalosti z kapitoly náhodná veličina, znalost parciálních derivací, dvojného integrálu.

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

NÁHODNÁ VELIČINA. 3. cvičení

I. D i s k r é t n í r o z d ě l e n í

Náhodná veličina Číselné charakteristiky diskrétních náhodných veličin Spojitá náhodná veličina. Pravděpodobnost

p(x) = P (X = x), x R,

a způsoby jejího popisu Ing. Michael Rost, Ph.D.

Někdy lze výsledek pokusu popsat jediným číslem, které označíme X (nebo jiným velkým písmenem). Hodíme dvěma kostkami jaký padl součet?

Náhodná veličina a rozdělení pravděpodobnosti

NMAI059 Pravděpodobnost a statistika

Základy teorie pravděpodobnosti

1 Rozptyl a kovariance

10. N á h o d n ý v e k t o r

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie

Přednáška. Diskrétní náhodná proměnná. Charakteristiky DNP. Základní rozdělení DNP

správně - A, jeden celý příklad správně - B, jinak - C. Pro postup k ústní části zkoušky je potřeba dosáhnout stupně A nebo B.

Matematika III. 4. října Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. Matematika III

Vícerozměrná rozdělení

Praktická statistika. Petr Ponížil Eva Kutálková

Příklady ke čtvrtému testu - Pravděpodobnost

Matematika III 10. týden Číselné charakteristiky střední hodnota, rozptyl, kovariance, korelace

Rozdělení náhodné veličiny. Distribuční funkce. Vlastnosti distribuční funkce

Matematika pro chemické inženýry

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

MATEMATICKÁ STATISTIKA. Katedra matematiky a didaktiky matematiky Technická univerzita v Liberci

prof. RNDr. Roman Kotecký DrSc., Dr. Rudolf Blažek, PhD Pravděpodobnost a statistika Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologií

Diskrétní náhodná veličina. November 12, 2008

letní semestr Katedra pravděpodobnosti a matematické statistiky Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy Matematická statistika vektory

Pravděpodobnost a statistika I KMA/K413

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

Náhodné vektory a matice

MATEMATICKÁ STATISTIKA

STANOVENÍ SPOLEHLIVOSTI GEOTECHNICKÝCH KONSTRUKCÍ. J. Pruška, T. Parák

P13: Statistické postupy vyhodnocování únavových zkoušek, aplikace normálního, Weibullova rozdělení, apod.

Určete zákon rozložení náhodné veličiny, která značí součet ok při hodu a) jednou kostkou, b) dvěma kostkami, c) třemi kostkami.

Náhodná veličina. Michal Fusek. 10. přednáška z ESMAT. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek

Definice 7.1 Nechť je dán pravděpodobnostní prostor (Ω, A, P). Zobrazení. nebo ekvivalentně

Všechno, co jste chtěli vědět z teorie pravděpodobnosti, z teorie informace a

Náhodná proměnná. Náhodná proměnná může mít rozdělení diskrétní (x 1. , x 2. ; x 2. spojité (<x 1

Výběrové charakteristiky a jejich rozdělení

Jevy a náhodná veličina

Zápočtová práce STATISTIKA I

AKM CVIČENÍ. Opakování maticové algebry. Mějme matice A, B regulární, potom : ( AB) = B A

Střední hodnota a rozptyl náhodné. kvantilu. Ing. Michael Rost, Ph.D.

Definice spojité náhodné veličiny zjednodušená verze

ZÁklady teorie pravděpodobnosti

Normální rozložení a odvozená rozložení

Mnohorozměrná statistická data

STATISTICKÁ VAZBA. 1.1 Statistická vazba Charakteristiky statistické vazby dvou náhodných veličin Literatura 9

Náhodný vektor. Náhodný vektor. Hustota náhodného vektoru. Hustota náhodného vektoru. Náhodný vektor je dvojice náhodných veličin (X, Y ) T = ( X

Charakteristika datového souboru

Zpracování náhodného vektoru. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

Číselné charakteristiky

Mnohorozměrná statistická data

Zápočtová písemka z Matematiky III (BA04) skupina A

X = x, y = h(x) Y = y. hodnotám x a jedné hodnotě y. Dostaneme tabulku hodnot pravděpodobnostní

1. Náhodný vektor (X, Y ) má diskrétní rozdělení s pravděpodobnostní funkcí p, kde. p(x, y) = a(x + y + 1), x, y {0, 1, 2}.

2. Friesl, M.: Posbírané příklady z pravděpodobnosti a statistiky. Internetový zdroj (viz odkaz).

z Matematické statistiky 1 1 Konvergence posloupnosti náhodných veličin

Chyby měření 210DPSM

veličin, deskriptivní statistika Ing. Michael Rost, Ph.D.

ROZDĚLENÍ SPOJITÝCH NÁHODNÝCH VELIČIN

Mgr. Rudolf Blažek, Ph.D. prof. RNDr. Roman Kotecký Dr.Sc.

Pravděpodobnost a statistika

Statistika. Diskrétní data. Spojitá data. Charakteristiky polohy. Charakteristiky variability

1 Pravděpodobnostní prostor

Cvičení ze statistiky - 5. Filip Děchtěrenko

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA aneb Krátký průvodce skripty [1] a [2]

Pravděpodobnost a matematická statistika

Tomáš Karel LS 2012/2013

10. cvičení z PST. 5. prosince T = (n 1) S2 X. (n 1) s2 x σ 2 q χ 2 (n 1) (1 α 2 ). q χ 2 (n 1) 2. 2 x. (n 1) s. x = 1 6. x i = 457.

KMA/P506 Pravděpodobnost a statistika KMA/P507 Statistika na PC

Matematika III: Pracovní listy

15. T e s t o v á n í h y p o t é z

E(X) = np D(X) = np(1 p) 1 2p np(1 p) (n + 1)p 1 ˆx (n + 1)p. A 3 (X) =

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Bayesovské odhady

Metodologie pro ISK II

Úloha č. 2 - Kvantil a typická hodnota. (bodově tříděná data): (intervalově tříděná data): Zadání úlohy: Zadání úlohy:

Bakalářské studium na MFF UK v Praze Obecná matematika Zaměření: Stochastika. 1 Úvodní poznámky. Verze: 13. června 2013

Limitní věty teorie pravděpodobnosti. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

Diskrétní náhodná veličina

Transkript:

Pravděpodobnost a statistika, Biostatistika pro kombinované studium Letní semestr 2017/2018 Tutoriál č. 2:, náhodný vektor Jan Kracík jan.kracik@vsb.cz

náhodná veličina rozdělení pravděpodobnosti náhodné veličiny číselné charakteristiky náhodné veličiny

- číselné vyjádření výsledku náhodného pokusu. je reálná funkce X : Ω R taková, že pro každé reálné číslo x je množina {ω Ω X(ω) < x} náhodný jev. Poznámky: Ω značí prostor elementárních jevů.

- číselné vyjádření výsledku náhodného pokusu. je reálná funkce X : Ω R taková, že pro každé reálné číslo x je množina {ω Ω X(ω) < x} náhodný jev. Poznámky: Ω značí prostor elementárních jevů. pro každý náhodný jev A umíme určit jeho pravděpodobnost P(A) umíme tedy určit i pravděpodobnosti jevů {ω Ω X(ω) < x} zjednodušené značení: P(X < x) P({ω Ω X(ω) < x})

Příklad: Hod dvěma kostkami Náhodný pokus: hod dvěma kostkami Prostor elementárních jevů: Ω = {(1, 1), (1, 2),..., (6, 6)} : součet čísel na obou kostkách X(ω) = ω 1 + ω 2, kde ω = (ω 1, ω 2 )

Příklad: Hod dvěma kostkami Náhodný pokus: hod dvěma kostkami Prostor elementárních jevů: Ω = {(1, 1), (1, 2),..., (6, 6)} : součet čísel na obou kostkách X(ω) = ω 1 + ω 2, kde ω = (ω 1, ω 2 ) {ω Ω X(ω) < 4} = {(1, 1), (1, 2), (2, 1)} je náhodný jev můžeme proto určit P(X < 4) jako P(X < 4) = P({(1, 1), (1, 2), (2, 1)})

Další příklady: doba do poruchy přístroje zítřejší celkový úhrn srážek...

Rozdělení pravděpodobnosti náhodné veličiny X - předpis, který každému náhodnému jevu spojenému s veličinou X přiřazuje jeho pravděpodobnost: kde M R P(X M) P({ω Ω X(ω) M}),

Rozdělení pravděpodobnosti náhodné veličiny X - předpis, který každému náhodnému jevu spojenému s veličinou X přiřazuje jeho pravděpodobnost: kde M R P(X M) P({ω Ω X(ω) M}), Rozdělení pravděpodobnosti lze zadat: určením P(X M) pro každou množinu M - nepraktické distribuční funkcí pravděpodobnostní funkcí nebo hustotou pravděpodobnosti

Distribuční funkce F X (x) Distribuční funkce F X (x) vyjadřuje pravděpodobnost, že veličina X bude mít hodnotu menší než x. F X (x) = P(X < x)

Distribuční funkce F X (x) Distribuční funkce F X (x) vyjadřuje pravděpodobnost, že veličina X bude mít hodnotu menší než x. Vlastnosti distribuční funkce: 0 F X (x) 1 je neklesající je zleva spojitá F X (x) 0 pro x F X (x) 1 pro x + F X (x) = P(X < x)

Diskrétní a spojité náhodné veličiny diskrétní - mohou nabývat nejvýše spočetně mnoha hodnot spojité (se spojitou distribuční funkcí) - mohou nabývat hodnoty z nějakého intervalu (nebo jejich sjednocení), P(X = x) = 0 pro každou hodnotu x Poznámka: Existují i spojité veličiny s nespojitou distr. funkcí. Těmi se nebudeme zabývat.

Rozdělení diskrétní náhodné veličiny s oborem hodnot {1, 2,...} lze charakterizovat pravděpodobnostní funkcí p X (x) = P(X = x) pro x {1, 2,...}.

Rozdělení diskrétní náhodné veličiny s oborem hodnot {1, 2,...} lze charakterizovat pravděpodobnostní funkcí p X (x) = P(X = x) pro x {1, 2,...}. Platí x 1 x 1 F X (x) = P(X < x) = P(X = t) = p X (t). t=1 t=1

Rozdělení diskrétní náhodné veličiny s oborem hodnot {1, 2,...} lze charakterizovat pravděpodobnostní funkcí p X (x) = P(X = x) pro x {1, 2,...}. Platí x 1 x 1 F X (x) = P(X < x) = P(X = t) = p X (t). t=1 t=1 p X (x) 0 x p X (x) = 1 P(X x) = 1 P(X < x) = 1 F X (x) P(a X < b) = P(X < b) P(X < a) = F X (b) F X (a) p X (x) = lim t x+ F X (t) F X (x)

Rozdělení spojité náhodné veličiny lze charakterizovat hustotou pravděpodobnosti f X (x), pro kterou platí F X (x) = x f X ( x)d x

Rozdělení spojité náhodné veličiny lze charakterizovat hustotou pravděpodobnosti f X (x), pro kterou platí Vlastnosti: F X (x) = x f X ( x)d x f X (x) 0 lim x f X (x) = lim x + f X (x) = 0 P(a X < b) = F X (b) F X (a) = b a f X (x)dx P(X = x) = lim t x+ F X (t) F X (x) = 0, protože F X (x) je spojitá

Číselné charakteristiky náhodných veličin Střední hodnota (značíme E(X), µ) pro diskrétní NV: E(X) = i x i p X (x i )

Číselné charakteristiky náhodných veličin Střední hodnota (značíme E(X), µ) pro diskrétní NV: E(X) = i x i p X (x i ) pro spojitou NV: E(X) = + x f X (x)dx

Střední hodnota funkce g(x) náhodné veličiny pro diskrétní NV: E(g(X)) = i g(x i ) p X (x i )

Střední hodnota funkce g(x) náhodné veličiny pro diskrétní NV: E(g(X)) = i g(x i ) p X (x i ) pro spojitou NV: E(g(X)) = + g(x) f X (x)dx

Vlastnosti střední hodnoty: a, b R : E(aX + b) = ae(x) + b E(X 1 + X 2 +... + X n ) = E(X 1 ) + E(X 2 ) +... + E(X n ) Význam střední hodnoty: vážený průměr hodnot s váhami odpovídajícími pravděpodobnostem, těžiště

Obecný moment r-tého řádu (µ r, r = 1, 2,...) µ r = E(X r ) = + x r f X (x) dx Centrální moment r-tého řádu (µ r, r = 1, 2,...) µ r = E((X EX) r ) = + (x EX) r f X (x) dx

Rozptyl náhodně veličiny (druhý centrální moment, DX, σ 2 ) DX = E((X EX) 2 ) = E(X 2 ) (EX) 2

Rozptyl náhodně veličiny (druhý centrální moment, DX, σ 2 ) DX = E((X EX) 2 ) = E(X 2 ) (EX) 2 Vlastnosti rozptylu: a, b R : D(aX + b) = a 2 D(X) X 1, X 2,..., X n nezávislé (viz později), pak D( n i=1 X i) = n i=1 D(X i)

Rozptyl náhodně veličiny (druhý centrální moment, DX, σ 2 ) DX = E((X EX) 2 ) = E(X 2 ) (EX) 2 Vlastnosti rozptylu: a, b R : D(aX + b) = a 2 D(X) X 1, X 2,..., X n nezávislé (viz později), pak D( n i=1 X i) = n i=1 D(X i) Význam rozptylu: Variabilita náhodné veličiny kolem její střední hodnoty (vyjádřeno kvadrátem X).

Rozptyl náhodně veličiny (druhý centrální moment, DX, σ 2 ) DX = E((X EX) 2 ) = E(X 2 ) (EX) 2 Vlastnosti rozptylu: a, b R : D(aX + b) = a 2 D(X) X 1, X 2,..., X n nezávislé (viz později), pak D( n i=1 X i) = n i=1 D(X i) Význam rozptylu: Variabilita náhodné veličiny kolem její střední hodnoty (vyjádřeno kvadrátem X). Příklad: Náhodné veličiny X 1, X 2. X 2 = X 1. DX 1 = σ 2. Pak DX 2 = ( 1) 2 DX 1 = σ 2, ale D(X 1 + X 2 ) = 0 DX 1 + DX 2. X 1, X 2 nejsou nezávislé!

Směrodatná odchylka (σ) σ = DX Význam: Variabilita náhodné veličiny kolem střední hodnoty (vyjádřeno ve stejných jednotkách jako X).

Směrodatná odchylka (σ) σ = DX Význam: Variabilita náhodné veličiny kolem střední hodnoty (vyjádřeno ve stejných jednotkách jako X). Využití: např. Čebyševova nerovnost k > 0 : P( X µ > kσ) 1 k 2

Další charakteristiky: Variační koeficient: γ = σ µ p-kvantil x p : P(X < x p ) = p Dolní kvartil x 0.25 Horní kvartil x 0.75 Medián x 0.5 Modus ˆx: argument maxima pravděpodobnostní funkce (nebo hustoty pravděpodobnosti) Šikmost: α 3 = µ 3 σ 3 (míra symetrie rozdělení) Špičatost: α 4 = µ 4 σ 4 3 (míra koncentrace kolem průměru)

náhodný vektor sdružené rozdělení marginální rozdělení podmíněné rozdělení číselné charakteristiky náhodného vektoru

Náhodným vektorem rozumíme vektor X = (X 1, X 2,..., X n ), jehož složky X 1, X 2,..., X n jsou náhodné veličiny na stejném základním prostoru Ω.

Náhodným vektorem rozumíme vektor X = (X 1, X 2,..., X n ), jehož složky X 1, X 2,..., X n jsou náhodné veličiny na stejném základním prostoru Ω. Příklady: maximální a minimální teplota, množství srážek a průměrná rychlost větru během dne výška a váha náhodně vybrané osoby digitální obraz Dále se omezíme na dvourozměrné vektory (X, Y ), jejich složky jsou bud diskrétní, nebo spojité náhodné veličiny.

Sdružená distribuční funkce náhodného vektoru F X,Y (x, y) = P(X < x Y < y)

Sdružená distribuční funkce náhodného vektoru F X,Y (x, y) = P(X < x Y < y) Vlastnosti: 0 F X,Y (x, y) 1 lim x F X,Y (x, y) = lim y F X,Y (x, y) = 0 lim (x,y) (+,+ ) F X,Y (x, y) = 1 F X,Y (x, y) je neklesající v každé proměnné F X,Y (x, y) je zleva spojitá v každé proměnné

Sdružená pravděpodobnostní funkce diskrétního náhodného vektoru p(x i, y j ) = P(X = X i Y = y j ) 0 p X,Y (x i, y j ) 1 n1 i=1 n2 j=1 p X,Y (x i, y j ) = 1 F X,Y (x, y) = x i <x y j <y p X,Y (x i, y j )

Sdružená hustota pravděpodobnosti spojitého náhodného vektoru je funkce f X,Y (x, y) splňující Vlastnosti: f (x, y) 0 + + F X,Y (x, y) = y x f X,Y (x, y) dx dy = 1 P(a x < b, c y < d) = b a f X,Y ( x, ỹ) d x dỹ d c f X,Y (x, y) dy dx.

Je-li (X, Y ) náhodný vektor, pak rozdělení náhodných veličin X a Y se nazývají marginální.

Je-li (X, Y ) náhodný vektor, pak rozdělení náhodných veličin X a Y se nazývají marginální. Marginální distribuční funkce veličiny X: F X (x) = P(X < x) = lim F X,Y (x, y) y + Marginální pravděpodobnostní funkce veličiny X: p X (x i ) = P(X = x i ) = y j p X,Y (x i, y j ) Marginální hustota pravděpodobnosti veličiny X: f X (x) = Obdobně pro Y. + f X,Y (x, y)dy

Řekneme, že náhodné veličiny X a Y jsou nezávislé, právě když pro každé x, y F X,Y (x, y) = F X (x) F Y (y).

Řekneme, že náhodné veličiny X a Y jsou nezávislé, právě když pro každé x, y F X,Y (x, y) = F X (x) F Y (y). Pro diskrétní náhodný vektor: X, Y jsou nezávislé, právě když p X,Y (x i, y j ) = P X (x i ) P Y (y j ). Pro spojitý náhodný vektor: X, Y jsou nezávislé, právě když f X,Y (x, y) = f X (x) f Y (y).

Podmíněné rozdělení náhodného vektoru

Podmíněné rozdělení X za podmínky Y = y udává rozdělení veličiny X za předpokladu, že veličina Y nabyla hodnoty y. obdobně pro podmíněné rozdělení Y za podmínky X = x...

Diskrétní náhodný vektor (X, Y ) Podmíněná pravděpodobnostní funkce: p X Y (x y) = p X,Y (x, y), pro p Y (y) 0 p Y (y)

Spojitý náhodný vektor (X, Y ) Podmíněná hustota: f X Y (x y) = f X,Y (x, y), pro f Y (y) 0 f Y (y)

Číselné charakteristiky náhodného vektoru

Marginální číselné charakteristiky náhodného vektoru shrnují informace o jednotlivých složkách náhodného vektoru střední hodnoty EX, EY, rozptyly DX, DY, šikmosti, špičatosti,... lze zapsat vektorově: EX = (EX, EY ), DX = (DX, DY ) vypovídají o všech složkách, ale ne o závislostech

Smíšené charakteristiky vypovídají o závislostech jednotlivých složek Kovariance cov(x, Y ) cov(x, Y ) = E((X EX) (Y EY )) Vlastnosti kovariance: cov(x, Y ) = E(X Y ) EX EY cov(x, X) = DX cov(a 1 X + b 1, a 2 Y + b 2 ) = a 1 a 2 cov(x, Y ) jsou-li X, Y nezávislé, pak cov(x, Y ) = 0 D(X + Y ) = D(X) + D(Y ) + 2 cov(x, Y )

Kovarianční matice var(x) var(x) = = ( cov(x, X) cov(x, Y ) cov(y, X) cov(y, Y ) ( D(X) cov(x, Y ) cov(x, Y ) D(Y ) ) ) Kovarianční matice je symetrická a pozitivně semidefinitní.

Korelační koeficient ρ(x, Y ) je mírou lineární závislosti veličin X a Y. cov(x,y ) pro DX, DY 0 DX DY ρ(x, Y ) = 0 jinak

Korelační koeficient ρ(x, Y ) je mírou lineární závislosti veličin X a Y. cov(x,y ) pro DX, DY 0 DX DY ρ(x, Y ) = 0 jinak Vlastnosti korelačního koeficientu 1 ρ(x, Y ) 1 ρ(x, Y ) = ρ(y, X) ρ(x, X) = 1 pro X, Y nezávislé je ρ(x, Y ) = 0

Vlastnosti korelačního koeficientu je-li ρ(x, Y ) = 0, říkáme, že X, Y jsou nekorelované je-li ρ(x, Y ) = 1, pak existují a, b R, a > 0 takové, že Y = ax + b s pravděpodobností 1 je-li ρ(x, Y ) = 1, pak existují a, b R, a < 0 takové, že Y = ax + b s pravděpodobností 1 je-li ρ(x, Y ) > 0, říkáme, že X, Y jsou pozitivně korelované je-li ρ(x, Y ) < 0, říkáme, že X, Y jsou negativně korelované

Podmíněné číselné charakteristiky - charakterizují rozdělení veličiny X za podmínky, že veličina Y nabyla určité hodnoty (nebo naopak...) Podmíněná střední hodnota E(X y) = x i x i p X Y (x i y) Podmíněný rozptyl E(X y) = + x f X Y (x y)dx D(X y) = x i (x i E(X y)) 2 p X Y (x i y) D(X y) = + (x E(X y)) 2 f X Y (x y)dx

A to je konec...