Биномиальное распределение двух случайных величин
Материал из MachineLearning.
 (→См. также)  | 
				 (→См. также)  | 
			||
| (6 промежуточных версий не показаны.) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
| + | {{stop|'''Уважаемые коллеги!'''   | ||
| + | Эта статья изобилует грубыми математическими ошибками (начиная с непонимания самой сути математического доказательства), как и другие статьи [[Участник:Vitsemgol|того же автора]]:  | ||
| + | *[[Мультиномиальное распределение зависимых случайных величин]]  | ||
| + | *[[Мультиномиальное распределение с равновероятными успехами испытаний Бернулли]]  | ||
| + | *[[Мультиномиальное распределение независимых случайных величин]]  | ||
| + | *[[Парадоксы мультиномиального распределения]]  | ||
| + | *[[Биномиальное распределение с равновероятными успехами испытаний Бернулли]]  | ||
| + | *[[Парадоксы биномиального распределения]]   | ||
| + | *[[Биномиальное распределение двух случайных величин]]  | ||
| + | Удалить это безобразие и забанить автора — самое простое решение.   | ||
| + | Есть и другой вариант — попробовать помочь всем миром и написать коллективную рецензию, объяснив автору его ошибки.   | ||
| + | Для этого есть страницы Обсуждений статей и [[Обсуждение участника:Vitsemgol]].   | ||
| + | Это большая работа, непосильная для одного человека, но для сообщества вполне осуществимая.   | ||
| + | Коллеги, давайте отнесёмся к проблеме как к исследованию.   | ||
| + | Есть несколько открытых вопросов, которые бросают нам вызов.  | ||
| + | Упрощает ли Вики задачу интегрирования «непризнанного гения» в профессиональное сообщество?  | ||
| + | Способен ли человек, ворвавшийся в чужой монастырь со своим уставом, покаяться и услышать, что ему скажут?  | ||
| + | Откликнется ли хоть кто-то из сообщества?  | ||
| + | Хватит ли нам всем терпимости?  | ||
| + | Это добрый эксперимент, дорогие коллеги!  | ||
| + | Как [[MachineLearning:Администраторы|Администратор]], предупреждаю: увижу «войну правок», эмоции и прочие проявления непрофессионализма — прекращу эксперимент как неудачный и удалю всё.  | ||
| + | — ''[[Участник:Vokov|К.В.Воронцов]] 02:48, 4 ноября 2013 (MSK)''  | ||
| + | }}  | ||
Биномиальное распределение — это распределение двух случайных величин <tex>X_1</tex>  и <tex>X_2</tex> в дискретной временной  последовательности <tex>t_1,t_2</tex>, первая случайная величина независимая, а вторая случайная величина зависима от первой,  числовые значения случайных величин  <tex> n_1</tex> и <tex>n_2</tex>  это числа успехов в  <tex> n</tex> испытаниях (<tex> n_1+n_2=n </tex>) с постоянными вероятностями успехов ([[ Бернулли распределение| Бернулли распределений]])  <tex> p_1</tex> и <tex>p_2</tex>,  пронормированных <tex>p_1+p_2=1</tex> согласно [[аксиоматика Колмогорова |аксиоматике Колмогорова ]].  | Биномиальное распределение — это распределение двух случайных величин <tex>X_1</tex>  и <tex>X_2</tex> в дискретной временной  последовательности <tex>t_1,t_2</tex>, первая случайная величина независимая, а вторая случайная величина зависима от первой,  числовые значения случайных величин  <tex> n_1</tex> и <tex>n_2</tex>  это числа успехов в  <tex> n</tex> испытаниях (<tex> n_1+n_2=n </tex>) с постоянными вероятностями успехов ([[ Бернулли распределение| Бернулли распределений]])  <tex> p_1</tex> и <tex>p_2</tex>,  пронормированных <tex>p_1+p_2=1</tex> согласно [[аксиоматика Колмогорова |аксиоматике Колмогорова ]].  | ||
| Строка 18: | Строка 41: | ||
|-  | |-  | ||
| Дисперсия   | | Дисперсия   | ||
| - | |<tex> \sum_{i=1}^2D(t_i,X_i   | + | |<tex> \sum_{i=1}^2D(t_i,X_i=n_i)=\sum_{i=1}^2(n-n_{i-1})p_iq_i</tex>  | 
|-  | |-  | ||
| Максимальная дисперсия   | | Максимальная дисперсия   | ||
(при математическом ожидании распределения)   | (при математическом ожидании распределения)   | ||
| - | |<tex>D(X_1,X_2  | + | |<tex>D(X_1,X_2)_{max}=\left(\sum_{i-1}^2(n-n_{i-1})p_iq_i \right)_{max}=\frac{3}{4}</tex>  | 
|-  | |-  | ||
|Ковариационная матрица   | |Ковариационная матрица   | ||
| Строка 31: | Строка 54: | ||
|-  | |-  | ||
|Корреляционная матрица   | |Корреляционная матрица   | ||
| - | |<tex>  | + | |<tex>P=\| \rho_{ij} \|</tex>, где   | 
<tex>\rho _{ij} = \begin{cases} 1, & i=j,\\  | <tex>\rho _{ij} = \begin{cases} 1, & i=j,\\  | ||
0, & i \not= j  | 0, & i \not= j  | ||
| Строка 215: | Строка 238: | ||
*[[Парадоксы мультиномиального распределения]]  | *[[Парадоксы мультиномиального распределения]]  | ||
*[[Биномиальное распределение]] одной случайной величины  | *[[Биномиальное распределение]] одной случайной величины  | ||
| + | *[[Биномиальное распределение Буняковского]]   | ||
*[[Биномиальное распределение с равновероятными успехами испытаний Бернулли]]  | *[[Биномиальное распределение с равновероятными успехами испытаний Бернулли]]  | ||
*[[Парадоксы биномиального распределения]]  | *[[Парадоксы биномиального распределения]]  | ||
| Строка 220: | Строка 244: | ||
| - | [[Категория статей:   | + | |
| + | |||
| + | [[Категория статей: Вероятностные распределения]]  | ||
Текущая версия
|   |  Уважаемые коллеги!
 Эта статья изобилует грубыми математическими ошибками (начиная с непонимания самой сути математического доказательства), как и другие статьи того же автора: 
 Удалить это безобразие и забанить автора — самое простое решение. Есть и другой вариант — попробовать помочь всем миром и написать коллективную рецензию, объяснив автору его ошибки. Для этого есть страницы Обсуждений статей и Обсуждение участника:Vitsemgol. Это большая работа, непосильная для одного человека, но для сообщества вполне осуществимая. Коллеги, давайте отнесёмся к проблеме как к исследованию. Есть несколько открытых вопросов, которые бросают нам вызов. Упрощает ли Вики задачу интегрирования «непризнанного гения» в профессиональное сообщество? Способен ли человек, ворвавшийся в чужой монастырь со своим уставом, покаяться и услышать, что ему скажут? Откликнется ли хоть кто-то из сообщества? Хватит ли нам всем терпимости? Это добрый эксперимент, дорогие коллеги! Как Администратор, предупреждаю: увижу «войну правок», эмоции и прочие проявления непрофессионализма — прекращу эксперимент как неудачный и удалю всё. — К.В.Воронцов 02:48, 4 ноября 2013 (MSK)  | 
Биномиальное распределение — это распределение двух случайных величин   и 
 в дискретной временной  последовательности 
, первая случайная величина независимая, а вторая случайная величина зависима от первой,  числовые значения случайных величин  
 и 
  это числа успехов в  
 испытаниях (
) с постоянными вероятностями успехов ( Бернулли распределений)  
 и 
,  пронормированных 
 согласно аксиоматике Колмогорова .
| Пространство элементарных событий |   | 
| Вероятность | |
|  Максимальная вероятность
 (при математическом ожидании распределения)  | |
|  Математическое ожидание
 (как максимальное произведение математических ожиданий случайных величин)  | |
| Дисперсия | |
|  Максимальная дисперсия
 (при математическом ожидании распределения)  | |
| Ковариационная матрица | 
  | 
| Корреляционная матрица | 
  | 
  | 
Биномиальное распределение появляется в так называемой биномиальной схеме повторных циклов случайных зависимых экспериментов.
Каждый цикл экспериментов осуществляют методом выбора без возвращения в дискретной временной последовательности.
Технические задачи и технические результаты
Для получения биномиального распределения необходимо решить две технические задачи и получить технические результаты, относящиеся к математической физике [1,2][1] ,[1]. Первая и вторая технические задачи — соответственно получение вероятности и получение математического ожидания биномиального распределения.
Технические результаты — набор технических параметров, с одной стороны, минимально необходимый для описания биномиального распределения и его случайных величин, с другой стороны, позволяющий при необходимости расширить число параметров с целью получения дополнительных сведений о распределении, например, таких как корреляционная матрица, ковариационная матрица , χ2 критерий и другие.
Минимально необходимый набор параметров при решении первой технической задачи: пространство элементарных событий, вероятность, математическое ожидание и дисперсия каждой случайной величины распределения, дисперсия распределения и произведение математических ожиданий его случайных величин как исходное выражение для решения второй технической задачи.
При решении второй технической задачи минимально необходимый набор параметров аналогичен предыдущему набору. Исключен из-за ненадобности один параметр — произведение математических ожиданий случайных величин и дополнен двумя параметрами — максимальной вероятностью и максимальной дисперсией биномиального распределения, совпадающей с математическим ожиданием биномиального распределения. Технические результаты — набор технических параметров, с одной стороны, минимально необходимый для описания биномиального распределения и его случайных величин, с другой стороны, позволяющий при необходимости расширить число параметров с целью получения дополнительных сведений о распределении, например, таких как корреляционная матрица, ковариационная матрица и другие.
При решении второй технической задачи минимально необходимый набор параметров аналогичен предыдущему набору. Исключен из-за ненадобности один параметр — произведение математических ожиданий случайных величин и дополнен двумя параметрами — максимальной вероятностью и максимальной дисперсией биномиального распределения, совпадающей с математическим ожиданием биномиального распределения.
Биномиальное распределение
совместное распределение вероятностей двух случайных величин
определённых на точечных пространствах элементарных событий
и принимающих в дискретные последовательные моменты времени
целые неотрицательные значения
взаимосвязанные условием
согласно которому
если в первый момент времени  первая случайная величина 
    приняла  значение 
то во второй момент времени   вторая  случайная величина
    принимает значение
Урновая модель биномиального распределения
Урновая модель биномиального распределения содержит одну исходную урну и  две приёмные урны. Объем каждой из них не менее  объёма исходной урны.  Нумерация  приёмных урн соответствует  нумерации случайных величин биномиального распределения.
В начальный  момент времени исходная урна содержит   - множество различимых неупорядоченных элементов, а  приёмные урны пусты. 
Первая выборка 
в первый   момент времени  направляется в первую приёмную урну с вероятностью    каждого элемента.
Во второй момент времени все оставшиеся 
  элементы исходной урны, образующие  вторую выборку
направляются  во вторую приёмную урну с вероятностью   каждого элемента.
В результате исходная урна пуста, а все её элементы размещены в приёмных урнах.
После обработки результатов разбиения множества на подмножества элементы возвращают на прежнее место, и урновая модель готова к проведению очередного цикла  
зависимых экспериментов.
Произведение вероятностей попадания 
  элементов в две приёмные урны есть биномиальное распределение двух случайных величин. 
Получение математического ожидания
Математическое ожидание биномиального распределения получают одним из двух способов: как максимум произведения математических ожиданий его случайных величин, или как максимум вероятности распределения. Необходимые
и достаточные условия:  
Математическое ожидание и максимальная вероятность:
;
равна математическому ожиданию, максимальная дисперсия
Пространство элементарных событий биномиального распределения при получении его математического ожидания
расположено в точках       временной последовательности.
Способ получения вероятностей биномиального распределения
Этот способ  относится к техническим задачам разделения дискретного целого на составные части случайных объёмов.
Целым является множество дискретных элементов, различимых (хотя бы одним признаком, например,  порядковыми номерами) и не упорядоченных  (хаотично расположенных).
Составные части множества — дискретные два подмножества  , в сумме равные объёму множества: 
.
Разделение множества на подмножества осуществляют выборками без возвращения.
Выборки следуют  во времени одна за другой.
В начальный  момент времени 
,  не обязательно равный нулю 
,  множество содержит 
 различимых неупорядоченных элементов.
В первый  момент времени 
 из 
-множества осуществляют первую выборку случайного объёма 
 с вероятностью 
 каждого её элемента. 
Вероятность первой случайной величины 
 биномиального распределения определяется числом сочетаний 
 из 
 по 
, умноженным на вероятность 
 выбора одного элемента, возведённую в степень  числа 
 выбранных элементов:
Во второй момент времени  из оставшихся 
 элементов исходного множества осуществляют вторую выборку  
 единственным способом:  
  с вероятностью 
 каждого элемента. 
Вероятность второй случайной величины  при условии, что в первый момент времени вероятность первой случайной величины биномиального распределения  приняла значение 
, определяется числом сочетаний 
 из 
 по 
, умноженным на вероятность 
 выбора одного её элемента, возведённую в степень  числа 
 выбранных элементов:
Произведение двух вероятностей есть вероятность распределения — совместное распределение вероятностей двух случайных величин: первая независимая, а вторая зависима от первой
Когда число случайных величин  больше двух  и, следовательно, число 
 испытаний больше двух  
, имеют место вероятности полиномиального (мультиномиального) распределения интерпретации 21-го века 
Способ получения математического ожидания биномиального распределения
Этот способ   относится к техническим задачам разделения дискретного  целого на составные части и отличается от способа получения вероятностей полиномиального распределения интерпретации 21-го века тем, что число выборок  равно числу 
 элементов исходного множества 
 и каждая выборка имеет единичный объём: 
.
Целым является множество дискретных элементов, различимых (хотя бы одним признаком, например,  порядковыми номерами) и не упорядоченных  (хаотично расположенных).  Множество содержит два  элемента:  
.
Составные части множества — дискретные два подмножества  
, в сумме равные объёму множества: 
.
Разделение множества на подмножества осуществляют выборками без возвращения.
Выборки следуют  во времени одна за другой.
В начальный  момент времени 
,  не обязательно равный нулю 
,  множество содержит два различимых неупорядоченных элемента.
В первый  момент времени 
 из 
-множества осуществляют первую выборку 
 единичного объёма с вероятностью 
. 
Вероятность первой случайной величины 
 биномиального распределения определяется числом сочетаний 
 из 
 по 
, умноженным на вероятность 
 выбора одного элемента:
Во второй момент времени  из оставшегося одного 
 элемента исходного множества осуществляют вторую выборку 
 единичного объёма с вероятностью 
.  
Вероятность второй случайной величины 
 при условии, что в первый момент времени вероятность первой случайной величины биномиального распределения  приняла значение 
, определяется числом сочетаний 
 из 
 по 
, умноженным на вероятность 
  выбора одного элемента:
Произведение этих вероятностей есть математическое ожидание биномиального распределения интерпретации 21-го века— распределения двух случайных величин, первая их них независимая,а вторая зависима от первой
Когда число случайных величин  больше двух  и, следовательно, число 
 испытаний больше двух  
,  имеет место математическое ожидание мультиномиального распределения интерпретации 21-го века 
Биномиальное распределение как процесс выполнения взаимосвязанных действий над объектами
Объекты: множество, его подмножества и их элементы как объективная реальность, существующая вне нас и независимо от нас.
-    Cлучайный процесс  безвозвратного  разделения последовательно во времени 
и в пространстве конечного
- множества различимых неупорядоченных элементов на две части
случайных объёмов, сумма которых равна объёму исходного множества:
,
 - разделение множества осуществляют выборками без возвращения (изъятые из множества элементы не возвращают обратно во множество до полного окончания экспериментов),
 -  вероятность попадания одного произвольного элемента множества в каждое из подмножеств принимают за вероятность успеха (успешного завершения испытания)  Бернулли распределения  
,
 -  вероятности успехов Бернулли распределения нормируют   
согласно аксиоматике Колмогорова и принимают неизменными до окончания испытаний,
 - результаты каждого разбиения обрабатывают вероятностными методами, определяют технические характеристике всех выборок и принимают их за технические характеристики случайных величин биномиального распределения,
 - минимально необходимый набор технических характеристик случайных величин и биномиального распределения в целом это: пространство элементарных событий, вероятность , математическое ожидание и дисперсия,
 -  математическое ожидание биномиального распределения имеет место, когда число выборок 
равно числу элементов
-множества
и численно равно
.
 
Биномиальное распределение как цепь Маркова
Биномиальное распределение появляется в последовательности двух испытаний, первое из них  случайное независимое, а второе зависимое от первого испытания.  Исходы испытаний  конечны и счётны. По сути — это простейшая  цепь Маркова. (, называемое начальным распределением цепи Маркова, для биномиального распределения не имеет смысла 
, поскольку нумерация случайных величин начинается с единицы.) 
Единственная переходная вероятность 
заключается в том, что вторая случайная величина  во второй момент времени 
 вынуждена принять  числовое значение, равное 
, при условии, что в первый момент времени 
 первая случайная величина 
 приняла случайное число 
.
Следовательно и вероятность биномиального распределения  
как произведение первой независимой и второй зависимой случайных величин является цепью Маркова. Биномиальное распределение, как цепь Маркова, является стахостической.
Переходная вероятность биномиального распределения является дискретной функцией. Следовательно, биномиальное распределение является марковским процессом с дискретным временем.
Парадоксы биномиального распределения на элементарном уровне познания
Полностью эта проблема изложена в отдельной статье http://www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php/Парадоксы биномиального распределения.
Во всех областях научного знания за исключением теории вероятностей приставка би (в переводе с латинского означающая сдвоенный, состоящий из двух частей) используется правильно, например, в авиации биплан — самолет со сдвоенными крыльями, в оптике бинокль — сдвоенный монокль, в комбинаторике бином — двучлен, и только в современной теории вероятностей биномиальное распределение — распределение, полученное не основе бинома (двучлена), является распределением одной случайной величины…
Парадокс заключается в том, что http://wikipedia.ru/wiki/биномиальное распределение считается распределением одной случайной величины, а на самом деле биномиальное распределение является распределением двух случайных величин, в котором первая случайная величина является независимой, а вторая зависима от первой.
Парадокс возник из-за ошибки в логике рассуждений и получил повсеместное распространение с середины 20-го века. Подобно тому, как из полинома (из многочлена) методом дедукции получают бином (двучлен), а из бинома методом индукции получают полином, так и по аналогии из полиномиального распределения (из распределения с числом случайных величин больше двух) методом дедукции обязаны получить биномиальное распределение (распределение с двумя случайными величинами), а из биномиального распределения (из распределения с двумя случайными величинами) методом индукции обязаны получить полиномиальное распределение (распределение с числом случайных величин больше двух).
Этот парадокс настолько распространён и настолько прост, что может быть проиллюстрирован на элементарных примерах. 1. Пусть в полиноме 10 членов. Сократив в нём число членов до двух, получим два:10:5=2. 2. В биноме 2 члена. Умножив их на 5, получим, что в полиноме 10 членов: 2х5=10. 3. Пусть в полиномиальном распределении 10 случайных величин. Сократив число случайных величин до двух, по аналогии обязаны получить биномиальное распределение с двумя случайными величинами: 10:5=2. Однако принято считать, что биномиальное распределение это распределение одной случайной величины, иными словами, если 10 разделить на 5, то получится один! Это первый парадоксальный результат: 10:5=1. 4. Число случайных величин биномиального распределения традиционной интерпретации, равное одному, умножив на 5 получим, что в полиномиальном распределении 5 случайных величин: 1х5=5. Это второй парадоксальный результат, поскольку изначально исходили из того, что в полиномиальном распределении 10 случайных величин.
Во времена В. Я. Буняковского биномиальное распределение, как распределение двух случайных величин и на его основе полиномиальное распределение (оба так ещё не называемые) впервые были опубликованы им в 1846 году [1].
В современной записи биномиальное и полиномиальное распределения Буняковского имеют следующий вид:
Литература
См. также
- Мультиномиальное распределение независимых случайных величин
 - Мультиномиальное распределение зависимых случайных величин
 - Мультиномиальное распределение с равновероятными успехами испытаний Бернулли
 - Парадоксы мультиномиального распределения
 - Биномиальное распределение одной случайной величины
 - Биномиальное распределение Буняковского
 - Биномиальное распределение с равновероятными успехами испытаний Бернулли
 - Парадоксы биномиального распределения
 

