Introduktion til Statistik. Forelæsning 2: Stokastisk variabel og diskrete fordelinger. Peder Bacher

Relaterede dokumenter
Oversigt. Introduktion til Statistik. Forelæsning 2: Stokastisk variabel og diskrete fordelinger

Introduktion til Statistik. Forelæsning 2: Stokastisk variabel og diskrete fordelinger. Peder Bacher

Oversigt. Course 02402/02323 Introducerende Statistik. Forelæsning 2: Stokastisk variabel og diskrete fordelinger

Forelæsning 2: Kapitel 4, Diskrete fordelinger

Oversigt. Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 2: Kapitel 4, Diskrete fordelinger. Per Bruun Brockhoff. Stokastiske Variable

enote 2: Kontinuerte fordelinger Introduktion til Statistik Forelæsning 3: Kontinuerte fordelinger Peder Bacher enote 2: Continuous Distributions

Introduktion til Statistik. Forelæsning 3: Kontinuerte fordelinger. Peder Bacher

Oversigt. Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 3: Kapitel 5: Kontinuerte fordelinger. Per Bruun Brockhoff.

Forelæsning 3: Kapitel 5: Kontinuerte fordelinger

Kvantitative Metoder 1 - Efterår Dagens program

Definition. Definitioner

Bernoulli og binomial fordelingerne Kontinuerte stokastiske variable Normalfordelingen

Binomial fordeling. n f (x) = p x (1 p) n x. x = 0, 1, 2,...,n = x. x x!(n x)! Eksempler. Middelværdi np og varians np(1 p). 2/

Introduktion til Statistik. Forelæsning 3: Kontinuerte fordelinger. Peder Bacher

4 Oversigt over kapitel 4

Oversigt. Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 4: Kapitel 5: Kontinuerte fordelinger. Per Bruun Brockhoff. Eksponential fordelingen

Oversigt. Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 4: Kapitel 5: Kontinuerte fordelinger

Oversigt over nyttige fordelinger

Elementær sandsynlighedsregning

Kursus 02402/02323 Introduktion til statistik. Forelæsning 13: Et overblik over kursets indhold. Klaus K. Andersen og Per Bruun Brockhoff

Forelæsning 5: Kapitel 7: Inferens for gennemsnit (One-sample setup)

Kursus 02323: Introducerende Statistik. Forelæsning 12: Forsøgsplanlægning. Peder Bacher

Elementær sandsynlighedsregning

Kursusindhold: Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder. Monte Carlo

Kvantitative Metoder 1 - Forår 2007

Kursusindhold: Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder. Monte Carlo

Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder

Kursusindhold: X i : tilfældig værdi af ite eksperiment. Antag X i kun antager værdierne 1, 2,..., M.

1 enote 1: Simple plots og deskriptive statistik. 2 enote2: Diskrete fordelinger. 3 enote 2: Kontinuerte fordelinger

Oversigt. Course 02402/02323 Introducerende Statistik. Forelæsning 3: Kontinuerte fordelinger. Per Bruun Brockhoff

Kvantitative Metoder 1 - Forår 2007

MM501 forelæsningsslides

Sandsynlighedsregning 4. forelæsning Bo Friis Nielsen

Sandsynlighedsregning 4. forelæsning Bo Friis Nielsen

Repetition. Diskrete stokastiske variable. Kontinuerte stokastiske variable

Sandsynlighedsregning 4. forelæsning Bo Friis Nielsen

Modul 2: Sandsynlighedsmodeller og diskrete stokastiske variable

1 enote 1: Simple plots og deskriptive statistik. 2 enote 2: Diskrete fordelinger. 3 enote 2: Kontinuerte fordelinger

Kvantitative Metoder 1 - Forår 2007

1/41. 2/41 Landmålingens fejlteori - Lektion 1 - Kontinuerte stokastiske variable

MM501/MM503 forelæsningsslides

Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder

Note om Monte Carlo metoden

Ex µ = 3,σ 2 = 1 og µ = 1,σ 2 = 4. hvor. Vha. R: Vha. tabel:

Statistik Lektion 2. Betinget sandsynlighed Bayes regel Diskrete stokastiske variable Middelværdi og varians for diskret SV Binomialfordelingen

Binomialfordelingen. X ~ bin(n,p): X = antal "succeser" i n uafhængige forsøg, der alle har samme sandsynlighed p for at ende med succes.

Kursusindhold: X i : tilfældig værdi af ite eksperiment. Antag X i kun antager værdierne 1, 2,..., M.

Vejledende løsninger til opgaver i kapitel 6

Kvantitative Metoder 1 - Forår Dagens program


Teoretisk Statistik, 9 marts nb. Det forventes ikke, at alt materialet dækkes d. 9. marts.

Landmålingens fejlteori Lektion 1 Det matematiske fundament Kontinuerte stokastiske variable

Diskrete fordelinger. Fire vigtige diskrete fordelinger: 1. Uniform fordeling (diskret) 2. Binomial fordeling. 3. Hyper-geometrisk fordeling

Forelæsning 4: Konfidensinterval for middelværdi (og spredning)

Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 13: Summary. Per Bruun Brockhoff

02402 Vejledende løsninger til hjemmeopgaver og øvelser i kapitel 4

Uge 10 Teoretisk Statistik 1. marts 2004

Hvorfor er det lige at vi skal lære det her?

Løsning eksamen d. 15. december 2008

Løsninger til kapitel 5

Sandsynlighedsregning

Anvendt Statistik Lektion 2. Sandsynlighedsregning Sandsynlighedsfordelinger Normalfordelingen Stikprøvefordelinger

Anvendt Statistik Lektion 2. Sandsynlighedsregning Sandsynlighedsfordelinger Normalfordelingen Stikprøvefordelinger

Statistik noter - Efterår 2009 Keller - Statistics for management and economics

Statistik Lektion 3. Simultan fordelte stokastiske variable Kontinuerte stokastiske variable Normalfordelingen

Normalfordelingen og Stikprøvefordelinger

Program: 1. Repetition: fordeling af observatorer X, S 2 og t. 2. Konfidens-intervaller, hypotese test, type I og type II fejl, styrke.

Landmålingens fejlteori - Repetition - Kontinuerte stokastiske variable - Lektion 3

1 Sandsynlighed Sandsynlighedsbegrebet Definitioner Diskret fordeling Betinget sandsynlighed og uafhængighed...

Agenda Sandsynlighedsregning. Regneregler (kap. 3-4) Fordelinger og genkendelse af fordelinger (kap. 3-5) Simultane, marginale og betingede

Sandsynlighedsregning 3. forelæsning Bo Friis Nielsen

Hvad skal vi lave i dag?

Sandsynlighedsregning 3. forelæsning Bo Friis Nielsen

Kapitel 4 Sandsynlighed og statistiske modeller

Statistik Lektion 2. Uafhængighed Stokastiske Variable Sandsynlighedsfordeling Middelværdi og Varians for Stok. Var.

Forelæsning 11: Envejs variansanalyse, ANOVA

Sandsynlighedsregning 5. forelæsning Bo Friis Nielsen

Løsning til eksaminen d. 29. maj 2009

Sandsynlighedsregning: endeligt udfaldsrum (repetition)

Kvantitative Metoder 1 - Forår Dagens program

Kapitel 4 Sandsynlighed og statistiske modeller

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET Side 1 af 17 sider. Skriftlig prøve, den: 19. december 2018 Kursus nr : (navn) (underskrift) (bord nr)

k UAFHÆNGIGE grupper Oversigt 1 Intro eksempel 2 Model og hypotese 3 Beregning - variationsopspaltning og ANOVA tabellen 4 Hypotesetest (F-test)

t-fordeling Boxplot af stikprøve (n=20) fra t(2)-fordeling Program ( ): 1. repetition: fordeling af observatorer X, S 2 og t.

Billedbehandling og mønstergenkendelse: Lidt elementær statistik (version 1)

Teoretisk Statistik, 16. februar Generel teori,repetition

Definition: Normalfordelingen. siges at være normalfordelt med middelværdi µ og varians σ 2, hvor µ og σ er reelle tal og σ > 0.

Stikprøver og stikprøve fordelinger. Stikprøver Estimatorer og estimater Stikprøve fordelinger Egenskaber ved estimatorer Frihedsgrader

INSTITUT FOR MATEMATISKE FAG c

Forelæsning 10: Statistik ved hjælp af simulering

Program. 1. Repetition 2. Fordeling af empirisk middelværdi og varians, t-fordeling, begreber vedr. estimation. 1/18

Supplement til kapitel 7: Approksimationen til normalfordelingen, s. 136

Oversigt. Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 10: Statistik ved hjælp af simulering. Per Bruun Brockhoff.

Løsning til eksaminen d. 14. december 2009

Sandsynlighedsregning 7. forelæsning Bo Friis Nielsen

Kvantitative Metoder 1 - Forår Dagens program

Trin 1: Formuler hypotese Spørgsmål der ønskes testet vha. data H 0 : Nul hypotese Formuleres som en ligheds hændelse

02402 Vejledende løsninger til hjemmeopgaver og øvelser, Uge 4

Statistiske modeller

Sandsynlighedsregning 7. forelæsning Bo Friis Nielsen

Transkript:

Introduktion til Statistik Forelæsning 2: Stokastisk variabel og diskrete fordelinger Peder Bacher DTU Compute, Dynamiske Systemer Bygning 303B, Rum 009 Danmarks Tekniske Universitet 2800 Lyngby Danmark e-mail: pbac@dtu.dk Efterår 2016 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 1 / 57

enote2: Diskrete fordelinger Engelsk Grundlæggende koncepter: Stokastisk variabel (værdi afhængig af udfald af endnu ikke udført eksperiment) Tæthedsfunktion: f (x) = P(X = x) (pdf) Fordelingsfunktion: F(x) = P(X x) (cdf) Middelværdi: µ = E(X) Standard afvigelse: σ Varians: σ 2 Specifikke distributioner: Binomial (terningekast) Hypergeometrisk (trækning uden tilbagelægning) Poisson (antal hændelser i interval) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 2 / 57

enote 2: Discrete Distributions Dansk General concepts: Random variable (value dependent on outcome of yet not carried out experiment) Density function: f (x) = P(X = x) (pdf) Distribution function: F(x) = P(X x) (cdf) Mean: µ = E(X) Standard deviation: σ Variance: σ 2 Specific distributions: The binomial distribution (dice roll) The hypergeometric distribution (draw without replacement) The Poisson distribution (number of events in interval) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 3 / 57

Oversigt 1 Stokastisk variabel 2 Tæthedsfunktion 3 Fordelingsfunktion 4 Konkrete statistiske fordelinger Binomialfordelingen Hypergeometrisk fordeling Eksempler Eksempel 1 Eksempel 2 Poissonfordelingen Eksempel 3 5 Middelværdi og varians Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 4 / 57

Praktisk information SE PRAKTISK INFORMATION PÅ HJEMMESIDEN OG I STARTEN AF SLIDES FRA UGE 1 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 5 / 57

Stokastisk variabel Stokastisk variabel En stokastisk variabel (random variable) tildeler en værdi til udfaldet af et eksperiment der endnu ikke er udført Et terningekast Antallet af seksere i 10 terningekast Hvor stor en andel svarer ja til et spørgsmål km/l for en bil Måling af sukkerniveau i blodprøve... DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 7 / 57

Stokastisk variabel Diskret eller kontinuert Vi skelner mellem diskret og kontinuert Diskret (kan ofte tælles): Hvor mange der bruger briller herinde Antal mange flyvere letter den næste time... Kontinuert: Vindmåling Tiden det tog at komme til DTU... Der er en gråzone, f.eks. for observationer målt med lav opløsning. I dag er det diskret og i næste uge er det kontinuert. DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 8 / 57

Stokastisk variabel Stokastisk variabel Før eksperimentet er udført haves stokastisk variabel noteret med stort bogstav Så udføres eksperimentet, og vi har da en realisation eller observation X 1 noteret med småt bogstav. x 1 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 9 / 57

Stokastisk variabel Stokastisk variabel og stikprøve Før eksperimentet er udført haves stikprøven som n stokastiske variable noteret med stort bogstav X 1,X 2,...,X n Så udføres eksperimentet, og vi har da realisationer eller observationer noteret med småt bogstav x 1,x 2,...,x n Dvs. vi udfører eksperimentet n gange for at lave stikprøven DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 10 / 57

Stokastisk variabel Eksempel: Simuler et terningekast Vælg et tal fra (1,2,3,4,5,6) med lige stor sandsynlighed for hvert udfald Simuler i R ## Simuler et terningekast ## Vælg et tal fra (1,2,3,4,5,6) med lige sandsynlighed for hvert udfald sample(1:6, size=1) ## Antal simulerede realiseringer n <- 30 ## Træk uafhængigt fra mængden (1,2,3,4,5,6) med ens sandsynlighed sample(1:6, size=n, replace=true) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 11 / 57

Diskrete fordelinger Stokastisk variabel Hvordan kan vi regne på eksperimentet før det er udført? Hvad kan vi gøre når vi endnu ikke kender udfaldet!? Løsning: brug en tæthedsfunktion DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 12 / 57

Tæthedsfunktion Tæthedsfunktion En stokastisk variabel har en tæthedsfunktion (probability density function (pdf)) Definition f (x) = P(X = x) Sandsynligheden for at X antager værdien x når eksperimentet udføres DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 14 / 57

Tæthedsfunktion Tæthedsfunktion En fair ternings tæthedsfunktion DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 15 / 57

tæthedsfunktion Tæthedsfunktion En unfair ternings tæthedsfunktion f X unfair(x) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 f (1) = 1 7 f (6) = 2 7 1 2 3 4 5 6 x DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 16 / 57

Tæthedsfunktion Spørgsmål om unfair terning (socrative.com, room: PBAC) Find nogle sandsynligheder for X unfair : Sandsynligheden for at få en fire? Svar: E Sandsynligheden for at få en femmer eller en sekser? Svar: A Sandsynligheden for at få mindre end tre? Svar: D f X unfair(x) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 f (1) = 1 7 f (6) = 2 7 Svarmuligheder: A: 7 3 B: 1 6 C: 7 4 D: 2 7 1 2 3 4 5 6 x E: 1 7 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 17 / 57

Stikprøve Tæthedsfunktion Vi har en terning og vil nu undersøge om en terningen er fair. Hvis vi kun har en observation kan vi da se fordelingen? Nej men hvis vi har n observationer, så har vi en stikprøve (sample) {x 1,x 2,...,x n } og da kan vi begynde at se fordelingen. DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 18 / 57

Tæthedsfunktion Simuler n kast med en fair terning: ## Simuler en fair terning ## Antal simulerede realiseringer n <- 30 ## Træk uafhængigt fra mængden (1,2,3,4,5,6) med ens sandsynlighed xfair <- sample(1:6, size=n, replace=true) ## Tæl antallet af hvert udfald table(xfair) ## Plot den empiriske tæthedsfunktion (pdf), altså et density histogram plot(table(xfair)/n, ylim=c(0,1), lwd=10, xlab="x", ylab="f(x)") ## Tilføj den rigtige tæthedsfunktion til plottet lines(rep(1/6,6), type="h", lwd=3, col="red") ## legend legend("topright", c("empirical pdf","pdf"), lty=1, col=c(1,2), lwd=c(5,2)) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 19 / 57

Tæthedsfunktion Simuler n kast med en ikke-fair terning: ## Simuler en ikke-fair terning ## Antal simulerede realiseringer n <- 30 ## Træk uafhændigt fra mængden (1,2,3,4,5,6) med højere sandsynlighed for en sekser xunfair <- sample(1:6, size=n, replace=true, prob=c(rep(1/7,5),2/7)) ## Plot den empiriske tæthedsfunktion plot(table(xunfair)/n, lwd=10, ylim=c(0,1), xlab="x", ylab="density") ## Tilføj den rigtige tæthedsfunktion lines(c(rep(1/7,5),2/7), lwd=4, type="h", col=2) ## En legend legend("topright", c("empirical pdf","pdf"), lty=1, col=c(1,2), lwd=c(5,2)) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 20 / 57

Fordelingsfunktion Fordelingsfunktion (distribution function eller cumulative density function (cdf)) Definition Fordelingsfunktionen (cdf) er tæthedsfunktionen akkumuleret F(x) = P(X x) = j hvor x j x f (x j ) Der gælder for en fordelingsfunktion (cdf): Den er en ikke-aftagende funktion Den akkumuleres (assymtotisk) til 1 når x DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 22 / 57

Fordelingsfunktion Fair terning eksempel Lad X repræsentere værdien af et kast med en fair terning Udregn sandsynligheden for at få udfald under 3: P(X < 3) = P(X 2) = F(2) fordelingsfunktionen = P(X = 1) + P(X = 2) = f (1) + f (2) tæthedsfunktionen = 1 6 + 1 6 = 1 3 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 23 / 57

Fordelingsfunktion Fair terning eksempel Udregn sandsynligheden for at få udfald over eller lig 3: P(X 3) = 1 P(X 2) = 1 F(2) fordelingsfunktionen = 1 1 3 = 2 3 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 24 / 57

Fordelingsfunktion Spørgsmål om cdf (socrative.com, room: PBAC) F(x) 0.0 0.5 1.0 1.5 A F(x) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 B 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 x x F(x) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 C F(x) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 D 1 2 3 4 5 6 x 1 2 3 4 5 6 Hvilket et af ovenstående plots kan være en fordelingsfunktion (akkumuleret tæthedsfunktion, cdf)? A, B, C eller D? Svar: C DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 25 / 57 x

Konkrete statistiske fordelinger Konkrete statistiske fordelinger Der findes en række statistiske fordelinger, som kan bruges til at beskrive og analysere forskellige problemstillinger med I dag er det diskrete fordelinger: Binomialfordelingen Den hypergeometriske fordeling Poissonfordelingen DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 27 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Binomialfordelingen En handling (eksperiment) med to udfald (succes eller ikke-succes) gentages Eksperiment med udfald: Tæl antal succeser Lad X repræsentere antal succeser efter n gentagelser X følger binomialfordelingen X B(n,p) med parametre n antal gentagelser p sandsynligheden for succes i hver gentagelse DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 28 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Binomialfordelingen Binomialfordelingens tæthedsfunktion giver sandsynligheden for x antal succeser ( ) n f (x;n,p) = P(X = x) = p x (1 p) n x x Eksempel: Sandsynlighed for 2 plat ved 5 plat-eller-krone kast med mønt f (2;5,0.5) = P(X = 2) = ( ) 5 0.5 2 (1 0.5) 5 2 = 0.3125 2 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 29 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Binomialfordelingen Binomialfordeling eksempel i R: ## Simuler en binomialfordeling ## Sandsynlighed for success p <- 0.1 ## Antal gentagelser af succes og ikke-succes eksperimentet nrepeat <- 30 ## Simuler Bernoulli eksperiment nrepeat gange tmp <- sample(c(0,1), size=nrepeat, prob=c(1-p,p), replace=true) ## x er nu sum(tmp) ## Lav tilsvarende med funktion til simulering af binomialfordeling rbinom(1, size=30, prob=p) Binomialfordeling med terning i R: ## Fair terning eksempel ## Antal simulerede realiseringer n <- 30 ## Træk uafhængigt fra mængden (1,2,3,4,5,6) med ens sandsynlighed xfair <- sample(1:6, size=n, replace=true) ## Tæl sammen hvor mange seksere sum(xfair == 6) ## Lav tilsvarende med rbinom() rbinom(n=1, size=30, prob=1/6) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 30 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Hypergeometrisk fordeling Hypergeometrisk fordeling X er igen antal succeser, men nu er det uden tilbagelægning ved gentagelsen X følger den hypergeometriske fordeling X H(n,a,N) med parametrene n er antallet af trækninger a er antallet af succeser i populationen N elementer store population DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 31 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Hypergeometrisk fordeling Hypergeometrisk fordeling Sandsynligheden for at få x succeser er f (x;n,a,n) = P(X = x) = ( a N a ) x)( n x ( N n) hvor n er antallet af trækninger a er antallet af succeser i populationen N elementer stor population DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 32 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Binomial vs. hypergeometrisk Hypergeometrisk fordeling Binomialfordelingen anvendes også for at analysere stikprøver med tilbagelægning (tænk på en terningekast) Når man vil analysere stikprøver uden tilbagelægning anvendes den hypergeometriske fordeling (tænk på træk fra en hat) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 33 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Pause PAUSE DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 34 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Distributioner i R R Betegnelse binom Binomial hyper hypergeometrisk d Tæthedsfunktion f (x) (probability density function). p Fordelingsfunktion F(x) (cumulative distribution function). r Tilfældige tal fra den anførte fordeling. (Forelæsning 10) q Fraktil (quantile) i fordeling. Husk at hjælp til funktion mm. fåes ved at sætte? foran navnet. Eksempel binomialfordelt: P(X 5) = F(5; 10, 0.6) ## Binomialfordelingsfunktion pbinom(q=5, size=10, prob=0.6) ## Få hjælpen med?pbinom DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 35 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Eksempler Eksempel 1 I et kundecenter i et telefonselskab søger man at forbedre kundetilfredsheden. Især er det vigtigt, at når der indrapporteres en fejl, bliver fejlen udbedret i løbet af samme dag. Antag at sandsynligheden for at en fejl bliver udbedret i løbet af samme dag altid er 0.7. I løbet af en dag indrapporteres 6 fejl. Hvad er sandsynligheden for at samtlige fejl udbedres? Step 1) Hvad skal repræsenteres: X er antal udbedrede fejl Step 2) Fordeling: X følger A: binomial, B: hypergeometrisk? binomialfordelingen Step 3) Hvilken sandsynlighed: P(X??) P(X = 6) = f (6;n,p) Step 4) Hvad er antal trækninger? n = 6 Hvad er succes-sandsynligheden? p = 0.7 Udregn i R DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 36 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Eksempler Eksempel 1 Hvad er sandsynligheden for at 2 eller færre fejl bliver udbedret samme dag? Step 1) Hvad skal repræsenteres: X er antal udbedrede fejl Step 2) Hvilken fordeling: X følger binomialfordelingen Step 3) Hvilken sandsynlighed: A: P(X < 2) B: P(X 1) C: P(X < 3) D: 1 P(X 2) P(X < 3) = P(X 2) = F(2;n,p) Step 4) Hvad er antal trækninger? n = 6 Hvad er succes-sandsynligheden? p = 0.7 Udregn i R DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 37 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Eksempler Eksempel 2 I bankoklubben trækkes der lod om 5 flasker Gammel Dansk. Der er udstedt 50 lodder og du har 3 lodder (der er altså 50 sedler med numrene fra 1 til 50 og der er 3 af de numre som du vinder på). Hvad er sandsynligheden for at du vinder præcis en flaske Gammel Dansk? Step 1) Hvad skal repræsenteres: X er antal flasker du vinder Step 2) Hvilken fordeling: X følger den hypergeometriske fordeling Step 3) Hvilken sandsynlighed: P(X??) P(X = 1) = f (1;n,a,N) Step 4) Hvad er antal trækninger? n = 5 Hvor mange succeser er der? a = 3 Hvor mange er der i alt? N = 50 Udregn i R DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 38 / 57

Poissonfordelingen Konkrete statistiske fordelinger Poissonfordelingen Poissonfordelingen anvendes ofte som en fordeling (model) for tælletal, hvor der ikke er nogen naturlig øvre grænse Poissonfordelingen karakteriseres ved en intensitet, dvs. på formen antal/enhed Parameteren λ angiver intensiteten λ er typisk hændelser per tidsinterval Intervallerne mellem hændelserne er uafhængige, dvs. processen er hukommelsesløs DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 39 / 57

Poissonfordelingen Konkrete statistiske fordelinger Poissonfordelingen X følger Poissonfordelingen X P(λ) Tæthedsfunktion f (x) = P(X = x) = λ x x! e λ DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 40 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Eksempel 3.1: Poissonfordelingen Poissonfordelingen Det antages, at der i gennemsnit bliver indlagt 0.3 patienter pr. dag på københavnske hospitaler som følge af luftforurening. Hvad er sandsynligheden for at der på en vilkårlig dag bliver indlagt højst 2 patienter som følge af luftforurening? Step 1) Hvad skal repræsenteres: X er antal patienter pr. dag Step 2) Hvilken fordeling: X følger Poissonfordelingen Step 3) Hvilken sandsynlighed: P(X??) P(X 2) Step 4) Hvad er raten: Udregn i R λ = 0.3 patienter per dag DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 41 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Eksempel 3.2: Poissonfordelingen Poissonfordelingen Det antages, at der i gennemsnit bliver indlagt 0.3 patienter pr. dag på københavnske hospitaler som følge af luftforurening. Hvad er sandsynligheden for at der på en vilkårlig dag bliver indlagt præcis 2 patienter? Step 3) Hvilken sandsynlighed: P(X??) P(X = 2) Udregn i R DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 42 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Eksempel 3.3: Poissonfordelingen Poissonfordelingen Det antages, at der i gennemsnit bliver indlagt 0.3 patienter pr. dag på københavnske hospitaler som følge af luftforurening. Hvad er sandsynligheden for at der på en vilkårlig dag bliver indlagt mindst 2 patienter? Step 3) Hvilken sandsynlighed: P(X??) P(X 2) = 1 P(X 1) Udregn i R DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 43 / 57

Konkrete statistiske fordelinger Poissonfordelingen Eksempel 3.4: Skalering af intensiteten i Poissonfordeling Hvad er sandsynligheden for at der i en periode på 3 dage bliver indlagt præcis 1 patient? Step 1) Hvad skal repræsenteres: Fra X som er patienter per dag Til X 3dage som er patienter per 3 dage Step 2) Hvilken fordeling følger X 3dage : Poissonfordelingen Step 3) Hvilken sandsynlighed: P(X 3dage??) P(X 3dage = 1) Step 4) Skaler raten Fra λ dag = 0.3 patient/dag til λ 3dage = 0.9 patient/3 dag Udregn i R DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 44 / 57

Middelværdi og varians Middelværdi (mean) og forventningsværdi (expectation) Definition: Middelværdi af stokastisk variabel µ = E(X) = x f (x) alle x Det rigtige gennemsnit eller populationens gennemsnit Fortæller hvor midten af X er DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 46 / 57

Middelværdi eksempel Middelværdi og varians Middelværdi af et terningekast µ = E(X) = = 1 1 6 + 2 1 6 + 3 1 6 + 4 1 6 + 5 1 6 + 6 1 6 = 3.5 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 47 / 57

Middelværdi og varians ## Simuler en fair terning ## Antal simulerede realiseringer n <- 30 ## Træk uafhængigt fra mængden (1,2,3,4,5,6) med ens sandsynlighed xfair <- sample(1:6, size=n, replace=true) ## Udregn gennemsnit (empirisk middelværdi, sample mean, læg mærke til ## at i R hedder funktionen 'mean') mean(xfair) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 48 / 57

Middelværdi og varians Spørgsmål om stikprøvevarians (socrative.com, room: PBAC) Hvad sker der generelt med gennemsnittet af en stikprøve når man får flere observationer? A: Gennemsnittet er uafhængigt af antal observationer B: Gennemsnittet kommer generelt længere væk fra middelværdien C: Gennemsnittet kommer generelt tættere på middelværdien Svar C: Des flere observationer, des tættere kommer man generelt på middelværdien. Prøv at lege med det i ved simulering i R DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 49 / 57

Varians (variance) Middelværdi og varians Definition: Varians af stokastisk variabel σ 2 = Var(X) = (x µ) 2 f (x) alle x Et mål for spredningen Den rigtige spredning af X (modsat empirisk varians (sample variance)) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 50 / 57

Varians eksempel Middelværdi og varians Varians af terningekast σ 2 = E[(X µ) 2 ] = = (1 3.5) 2 1 6 + (2 3.5)2 1 6 + (3 3.5)2 1 6 + (4 3.5) 2 1 6 + (5 3.5)2 1 6 + (6 3.5)2 1 6 2.92 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 51 / 57

Varians eksempel Middelværdi og varians ## Simuler en fair terning ## Antal simulerede realiseringer n <- 30 ## Træk uafhængigt fra mængden (1,2,3,4,5,6) med ens sandsynlighed xfair <- sample(1:6, size=n, replace=true) ## Udregn empirisk varians (sample variance, læg mærke til ## at i R hedder funktionen 'var') var(xfair) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 52 / 57

Middelværdi og varians Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger Binomialfordelingen: Middelværdi: µ = n p Varians: σ 2 = n p (1 p) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 53 / 57

Middelværdi og varians Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger Den hypergeometriske fordeling: Middelværdi: µ = n an Varians: σ 2 = na (N a) (N n) N 2 (N 1) DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 54 / 57

Middelværdi og varians Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger Middelværdi og varians for kendte fordelinger Poissonfordelingen: Middelværdi: µ = λ Varians: σ 2 = λ DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 55 / 57

Terninge eksempel Middelværdi og varians Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger Se forskel på stikprøvegennemsnittet (sample mean) og middelværdi (mean): ## Simuler en binomialfordeling, terninge eksempel ## Gentag 10 gange: Tæl sammen for mange seksere på 30 slag antalseksere <- rbinom(n=10, size=30, prob=1/6) ## Endelig kan vi se på empirisk middelværdi (sample mean) mean(rbinom(n=10, size=30, prob=1/6)) ## Den (rigtige) middelværdi (mean) n * 1/6 DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 56 / 57

Oversigt Middelværdi og varians Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger 1 Stokastisk variabel 2 Tæthedsfunktion 3 Fordelingsfunktion 4 Konkrete statistiske fordelinger Binomialfordelingen Hypergeometrisk fordeling Eksempler Eksempel 1 Eksempel 2 Poissonfordelingen Eksempel 3 5 Middelværdi og varians Middelværdi og varians for kendte diskrete fordelinger DTU Compute Introduktion til Statistik Efterår 2016 57 / 57