概率(二)

离散随机变量

  1. 伯努利分布(Bernoulli):符合伯努利分布的随机变量只有两个可能的结果:X(s)\in{0(Fail),1(Pass)}。记P(X=1)=p, P(X)=0=1-p=q
  2. 二项式分布(Binomial):进行n次结果符合伯努利分布的实验,用X 表示得到1(Pass)的次数,则P(X=k)=\binom{n}{k}p^kq^{n-k}, k = 0,1,2,\dots,n
  3. 几何分布(Geometry):进行无数次结果符合伯努利分布的实验,用X表示第一次得到1(Pass)前0(Fail)的个数,则P(X=k)=q^kp
  4. 泊松分布(Poisson):某类随机且独立的事件平均在单位时间里出现\lambda次,用X表示它在单位时间内实际出现的次数,则P(X=k)=\frac{\lambda^k}{k!}e^{-\lambda}
    二项式分布n足够大,p足够小(一般取n\ge20,p\le0.05)时,可以将二项式分布近似为泊松分布

伯努利过程:一个由有限或无限个独立,符合伯努利分布的随机变量所组成的离散时间中的随机过程。
泊松过程:一个由独立随机变量所组成的连续时间中的随机过程。将事件的“发生”记作1,“不发生”记作0,则这些随机变量也可以看作符合伯努利分布。
伯努利过程泊松过程的定义可以看出,泊松分布二项式分布趋近极限时的情况。这也是二项式分布可以近似为泊松分布的原因。当然,在数学上有更好的推导:
\begin{align} \lim_{n\to\infty,p\to0}\binom{n}{k}p^kq^{n-k}&=\lim_{n\to\infty,p\to0}\frac{n*(n-1)\cdots(n-k+1)}{k!}p^kq^{n-k}\\ &=\lim_{n\to\infty,p\to0}\frac{(np)^k}{k!}(1-p)^{n-k}\\ &=\lim_{n\to\infty,p\to0}\frac{\lambda^k}{k!}(1-p)^{\frac{\lambda}{p}}\frac{1}{(1-p)^k}\\ &=\frac{\lambda^k}{k!}e^\lambda \end{align}

连续随机变量

  1. 均匀分布(Uniform)
    f_X(x)=\left\{\begin{matrix} \frac{1}{b-a}&x\in[a,b]\\ 0 & o.w \end{matrix} \right.
  2. 指数分布(Exponential)f_X(x)=U(x)ke^{-k}
    k>0, U(x)是阶跃函数。
  3. 正态/高斯分布(Normal/Gaussian):也常被记作\mathcal{N}\sim(\mu,\sigma^2)
    f_X(x)=\frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}} \cdot e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}
    计算正态分布的累积分布函数:
    a) 转换为标准正态分布:x'=\frac{x-\mu}{\sigma^2}
    b) 标准正态分布的积分可以通过查表得出。注意:
    \begin{align} \Phi(x_0)&=\int_{-\infty}^{x_0}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^2}{2}} dx\\ Q(x_0)&=1-\Phi(x)=\int_{x_0}^{\infty} \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^2}{2}} dx \end{align}
    高斯误差函数(error function)
    \begin{align} \textrm{erf}(x)&:=\int_{-x_0}^{x_0}\frac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-x^2} dx\\ &=\int_{0}^{x_0}\frac{2}{\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(\sqrt{2}x)^2}{2}} dx\\ &=2\Phi(\sqrt{2}x)-1 \end{align}
    它的互补误差函数是
    \textrm{erfc}(x)=1-\textrm{erf}(x)
  4. 莱斯分布(Racian):一种最常见的用于描述接收信号包络统计时变特性的分布类型。
    f_X(x)=\left\{\begin{matrix} \frac{x}{\sigma^2}e^{-\frac{x^2+A^2}{2\sigma^2}}I_0(\frac{Ax}{\sigma^2})& A\ge 0, x\ge 0\\ 0 & x<0 \end{matrix}\right.
    其中A是主信号幅度的峰值,\sigma^2是多径信号分量的功率I_0是修正的0阶第一类贝塞尔函数。当A\to0时,退化为瑞利分布。
  5. 瑞利分布(Rayleigh)
    f_X(x)=\left\{\begin{matrix} \frac{x}{\sigma^2}e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}}& x\ge 0\\ 0 & x<0 \end{matrix}\right.
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