1.3条件概率
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条件概率
设 与 是样本空间 中的事件,且 。在已知 发生的条件下, 发生的条件概率定义为
其中 表示交事件 。
条件概率把参照范围从 缩小到 :与 不相交的部分不再参与计算, 内的样本点按 重新归一化。因此条件概率仍是概率,只是样本空间换成了 ,它满足的公理与运算规律见概率公理。
定义要求 。 时分式没有意义,不能直接对零概率事件取条件。
与 不是同一个量:前者是 与 同时发生的概率,后者是已知 发生后 发生的概率。两者的联系由乘法公式给出。同样, 与 一般也不相等:它们分别以 和 为参照范围。
条件概率把参照范围从 缩到条件事件上;把定义式移项就得到乘法公式。
完备事件组
若事件 两两互斥,并且 ,则称它们构成一个完备事件组。当各 非空时,它们也构成样本空间的一个划分。样本空间与事件的记号见随机事件。
在使用 的公式时,还必须要求 ;非空事件的概率不一定为正。这里单独说明这一附加条件,避免把集合划分与概率条件混为一谈。
全概率公式
设 是完备事件组,且 。对任意事件 ,
每一项是交事件 的概率;这些交事件互斥且合起来是 ,因此可以相加。公式从不同来源的比例和各来源内的发生率求总概率。若某个来源概率为零,其交事件概率也为零,可以去掉该项;不能在分母为零时直接使用条件概率。
贝叶斯公式
教材用 表示“结果已知后反推来源”,竖线右侧固定是已经观察到的结果;先验写作 ,后验写作 ,注意与 区分。
学习安排
教材按“条件概率、乘法公式、完备事件组、全概率公式、贝叶斯公式”的顺序展开:先缩小样本空间定义条件概率,再把定义式改写成乘法公式,然后用完备事件组把结果按来源分解,最后在结果已知时反推来源。
一组典型问题会先求抽到次品的总概率,再反推次品来源,正好对应两条公式的分工。作答前先把完备事件组写清楚。
“已知条件不改变概率”是独立性所描述的特殊情形,见事件的独立性。乘法公式对所有满足条件的事件成立。
判断顺序
判断顺序可以概括为:全概率由原因求结果,贝叶斯由结果推原因。
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分清已知与所求
弄清题目给出的是条件还是已经观察到的结果,要求的是结果本身的概率,还是某个来源在结果已发生后的概率。
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求结果概率时用全概率公式
列出构成完备事件组的来源,按来源分别求“来源概率与该来源下结果出现概率的乘积”,再相加。
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反推来源时用贝叶斯公式
把第2步的和式放进分母,分子只保留目标来源对应的那一项。
课程约定
- 交事件统一记作 ,即 。
- 条件概率写成 ,竖线右侧是已知条件;条件事件的概率必须为正。
- 条件概率要求完备事件组中每个事件的概率为正;作为集合划分,还要求每个事件非空。
- 全概率公式要求各 ,贝叶斯公式还额外要求 。
易错点
- 与 一般不同:前者以 为参照范围,后者以 为参照范围。
- 贝叶斯公式的分母必须包含所有可能来源,不能只写目标来源的概率。
- 全概率公式要求所列事件真的覆盖 ;漏掉一个来源,和式只算了一部分概率,由此算出的比值一般会偏大,不再是真正的后验概率。