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泊松分布和泊松過程

生活 更新时间:2025-02-03 16:37:29
什麼是泊松分布?

當一個事件的發生滿足以下條件時,可以認為這個事件在某一固定時間段内的發生次數滿足柏松分布。

  • 事件是獨立發生的
  • 事件發生的概率在給定的固定時間内不随時間變化

總結起來就是,事件的發生是随機且獨立的。

泊松分布的概率質量函數:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)1

x表示一段時間内事件發生的次數,λ表示一段時間内事件發生的平均次數。

舉個例子:

假設某媒體平台一天的用戶廣告轉化數平均為1次,每天的廣告轉化數就滿足泊松分布。

那麼根據泊松分布,我們想知道該媒體平台每周廣告轉化數為10次的概率,應該怎麼算?

首先,固定時間由一天增加到一周,一周的平均點擊則為7次,泊松分布的λ為7,要求轉化數為10次的概率,泊松分布的概率質量函數的輸入x為10,代入公式可以求出:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)2

可以得出該媒體每周廣告的轉化數為10次的概率為0.070983。

根據上例,将時間考慮進泊松分布的概率質量函數,可以得到:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)3

x表示單位時間内事件發生的次數,λ表示單位時間内事件發生的平均次數,t表示t個單位時間,N(t)表示關于時間的某種函數。

泊松分布與二項分布的關系

回顧二項分布的概率質量函數:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)4

我們依然拿上面舉的例子來探索泊松分布與二項分布的關系。

假設某媒體平台一天的用戶廣告轉化數平均為1次,一天廣告點擊的次數平均為1000次,那麼廣告的點擊轉化率為0.1%,我們現在根據二項分布來計算,該媒體平台每周廣告轉化數為10次的概率。

首先,時間範圍是一周,那麼一周的廣告的平均點擊數為7000次,廣告的點擊轉化率依然是0.1%不會随時間變化而改變,那麼将n為7000,x為10,p為0.1%代入二項分布的概率質量函數求出:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)5

可以看出該媒體每周廣告的轉化數為10次的概率為0.070988。對比上面利用泊松分布的公式計算的值,發現二者值非常的接近,這是一種巧合還是一種必然?下面我們從二項分布的概率質量函數着手,由于二項分布中λ=np,将p=λ/n代入看看能有什麼發現。

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)6

當n趨近于正無窮時,

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)7

驚奇的發現當n趨于正無窮時,二項分布的概率質量函數和泊松分布的概率質量函數相同。看來在例子中的結果非常接近不是巧合。所以我們可以利用泊松分布來估算二項分布。這樣做的原因主要有兩個:

  • 簡化計算
  • 一個問題可以在概念上用二項分布去理解,但是二項分布的具體n和p未知,而是已知λ
泊松分布與指數分布的關系

指數分布針對兩個事件發生的時間間隔,與泊松分布不同,泊松分布是離散型分布,指數分布是連續型分布。如果單位時間内事件的發生次數滿足泊松分布,那麼事件發生的時間間隔滿足指數分布。指數分布的概率密度函數是:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)8

概率分布函數則為:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)9

λ表示單位時間内事件發生的平均次數,t表示t個單位時間。

可以從泊松分布來理解指數分布。對于泊松分布,t時間内事件發生次數為0的概率為:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)10

t時間内事件發生次數為0的另外一種理解可以是,事件第一次發生的時間T要大于t。

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那麼事件在t時間内發生的概率為:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)12

與指數分布的概率分布函數保持一緻。

同一個例子,假設某媒體平台一天的用戶廣告轉化數平均為1次,我們想知道該媒體平台在第2天到5天内完成一次轉化的概率,就可以根據指數分布來計算。

首先,一天内的平均轉化數為1,則λ為1。要在第2天與第5天之間完成一次轉化,利用P(T<= 5) - P(T<= 2)來計算概率,得:

泊松分布和泊松過程(10分鐘了解泊松分布)13

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