【数学建模算法】(16)排队论:常用的几种概率分布及产生

本文只给出分布的参数,记号和常用的范围,更多详细内容请参看概率论书籍。

1.常用的连续性概率分布

1.1.均匀分布

区间(a,b)内的均匀分布记做U(a, b)。服从U(0,1)分布的随机变量又称为随机数,它是产生其他随机变量的基础。如若XU(0,1)分布,则Y=a+(b-a) X服从U(a, b)

1.2.正态分布

\mu为期望,\sigma^{2}为方差的正态分布记做N\left(\mu, \sigma^{2}\right)。正态分布的应用十分广泛。正态分布还可以作为二项分布一定条件下的近似。

1.3.指数分布

指数分布是单参数\lambda的非对称分布,记做\operatorname{Exp}(\lambda),概率密度函数为:
f(t)=\left\{\begin{array}{ll}{\lambda e^{-\lambda t},} & {t \geq 0} \\ {0,} & {t<0}\end{array}\right.
数学期望为\frac{1}{\lambda},方差为\frac{1}{\lambda^{2}}。指数分布是唯一具有无记忆性的连续型随机变量,既有P(X>t+s | X>t)=P(X>s),在排队论,可靠性分析中有广泛应用。

1.4.Gamma分布

Gamma分布是双参数\alpha, \beta的非对称分布,记做G(\alpha, \beta),期望是\alpha \beta\alpha=1时退化为指数分布。n个相互独立,同分布(参数\lambda)的指数分布之和是Gamma分布(\alpha=n, \beta=\lambda)。Gamma分布可用于服务时间,零件寿命等。
Gamma分布又称为埃尔朗分布。

1.5.Weibull分布

Weibull分布是双参数\alpha, \beta的非对称分布,记做W(\alpha, \beta)\alpha=1时退化为指数分布。作为设备,零件的寿命分布在可靠性分析中有非常广泛的应用。

1.6.Beta分布

Beta分布是区间(0,1)内的双参数,非均匀分布,记做B(\alpha, \beta)

2.常用的离散型概率分布

2.1.离散均匀分布(略)

2.2.伯努利分布(两点分布)

伯努利分布是x=1,0处取值的概率分别是p1-p的两点分布,记做\operatorname{Bern}(p)。用于基本的离散模型。

2.3.泊松分布

泊松分布与指数分布有密切的关系。当顾客平均到达率为常数\lambda的到达间隔服从指数分布时,单位时间内到达的顾客数K服从泊松分布,即单位时间内到达k位顾客的概率为:
P_{k}=\frac{\lambda^{k} e^{-\lambda}}{k !}, \quad k=0,1,2, \cdots
记做Poisson(\lambda)。泊松分布在排队服务,产品检验,生物与医学统计,天文,物理等领域都有广泛应用。

2.4.二项分布

在独立进行的每次试验中,某事件发生的概率为p,则n次实验中该事件发生的次数K服从二项分布,即发生k次的概率为:
P_{k}=C_{n}^{k} p^{k}(1-p)^{n-k}, \quad k=0,1, \cdots, n
记做B(n, p)。二项分布是n个独立的伯努利分布之和。它在产品检验,保险,生物和医学统计等领域有着广泛的应用。
n,k很大时,B(n, p)近似于正态分布N(n p, n p(1-p));当n很大,p很小,且np约为常数\lambda时,B(n, p)近似于Poisson (\lambda)

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