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建筑数学概率2概率.ppt

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文档介绍:建筑数学概率2概率813604564
建筑防灾——小概率事件的对策
灾害是“小概率事件”,房子着火不知在何处何时会发生,但一旦发生火灾,生命财产损失可能很大,所以建筑消防设计是建筑师十分重要的工910 = 。用二项概率公式计算,n = 10 , k=0(1次也没有发生), p = ,带入公式,
C010 = 1, = 1, (1-)10-0 = = ,结果相同。
“3年内可能发生洪水吗?” n = 3, k=0,p = ,带入公式, = ,于是可得,3年内发生洪水的概率是1- = 。同样10年内发生洪水的概率1-=。
再来做抛掷硬币的试验,不是一次抛 1枚,而是抛很多枚。
一次抛100枚(n=100)硬币,把正面朝上的个数K与总数n=100的比值,记录下来,有可能是42个正面,比例是42/100,可能是62个正面,比例是62/100……。可以猜测(理性分析):得到一半正面向上,即比例是50/100的次数可能性要大(概率大),而100枚中没有一个正面的(比例是0/100),或全部是正面的比例是(100/100),出现的可能性微乎其微(概率很小),1/100与99/100,2/100与98/100,概率也很小……;而49/100与51/100,概率会大。一共有101个结果,概率总和是1。但这101个结果的概率分布是怎样的呢?首先应该是对称的,即1/100与99/100概率相同,49/100与51/100概率相同,K/100与(100-K)/100概率相同;第二是“两头小中间大”,K<50,K越小概率越小;K>50,K越大,概率越小,K越接近50,概率越大。
如果做试验,一次一次地抛,抛的次数很多,例如1000次,2000次,……试验得到的“频率”会无限接近“概率”,从而得到我们想要的概率分布。如果可以理论分析求算出概率分布,试验就可用来验证计算结果。
左上图是抛掷4枚、16枚、64枚硬币,正面朝上的数目K的概率分布。右上图是n = 5、20、50的概率分布。左下图是有人做的很多次抛掷许多枚硬币的试验结果。
这是通常所说的“两头小中间大”的分布形态。随机变量的样本值,多数集中分布在某个区段,小于和大于这个区段,样本数逐渐减少,其分布呈钟形或山峰形。
泊松分布
泊松近似是二项分布的一种极限形式。其强调如下的试验前提:一次抽样的概率值 p 相对很小,而抽取次数值 n 又相对很大。因此泊松分布又被称之为罕有事件分布。泊松分布指出,如果随机一次试验出现的概率为 p ,那么在n次试验中出现k次的概率是:
其中 e = …… ,数学常数( 自然对数的底数)
例如,某工厂生产零件,次品率 P = 。随机抽取100个零件,出现0个、1个、2个、3个、……、99、100次品的概率各是多少?可以推测,抽出1个次品的概率最高(p=,就意味着100个零件中有1个次品),抽出0个(没有抽到)次品的概率会略小一些,抽出2个、3个次品还有可能,但出现99、100个次品几乎不可能,概率接近于零,也就是说,当K>1 时,抽出的次品数K越大,概率就越小。
如果,次品(或换一种说法是“特殊”品)率 p=。随机抽取100个零件,可以推测,抽出k=10个次品的概率最高(p=,就意味着100个零件中有10个次品), k<10(但>0),k越小,概率越小;k>10(但<100),k越大,概率就越小。依然是“两头小中间大”,但不对称,最高点在10,此时 k/n = 10/100 = p 。
如果 p = ,就是抛硬币了,分布就对称了。
泊松分布
n = 9,p = 1/3 的二项分布
泊松分布:两头小中间大,不对称
泊松分布是二项分布的近似
在实际事例中,当一个随机事件,以一定的平均速率 λ(或称密度)随机且独立地出现时,例如某一服务设施在一定时间内到达的人数,电话交换机接到呼叫的次数,汽车站台的候客人数,机器出现的故障数,自然灾害发生的次数,一块产品上的缺陷数,显微镜下单位分区内的细菌数,等等。 那么这个事件在单位时间内(或面积、体积上)出现的次数或个数就近似地服从泊松分布。在离散事件泊松公式中,
以λ= np 代入,就得到泊松公式的另一种表达:
而二项分布概率公式,
在 n →∞ 时的极限就是上面的公式。
在临床试验中,观察服用新药的病人,发生某种副作用的病人可能相当少;若观察