Сума коефіцієнтів багаточленного розподілу


10

Я кидаю чесну смерть. Щоразу, коли я отримую 1, 2 або 3, я записую '1'; щоразу, коли отримую 4, записую «2»; щоразу, коли я отримую 5 або 6, я записую "3."

Нехай - загальна кількість кидків, потрібних мені для добутку всіх чисел, які я записав, . Я хочу обчислити (або наблизити) , а наближення можна навести як функцію нормального розподілу.N≥100000P(N≥25)

По-перше, я знаю, що тому що . Тепер, нехай , і - кількість разів, коли я записав відповідно 1, 2 і 3. Тоді:P(N≥11)=1log3⁡100.000≈10.48abc

P(a,b,c∣n)={(na,b,c)(12)a(16)b(13)c if a+b+c=n0 otherwise

Я хочу обчислити:

P(a+b+c≥25∣2b3c≥100000)

Як я обчислюю це?

--EDIT:

Тож було запропоновано мені замінити умову на:

P(a+b+c≥25∣αa+βb+γc≥δ)

де , , , і .α=0β=log⁡2γ=log⁡3δ=log⁡100000

Це виглядає більш вирішимо! Я, на жаль, досі не маю уявлення, як це вирішити.


2
+1 Ця проблема може виглядати трохи більш звично і піддаватись більш очевидним наближенням рішень, якби ви писали умову у формі де та . αa+βb+γc≥δα=0,β=log⁡(2),γ=log⁡(3),δ=log⁡(100000)
— whuber

Я додав цей новий спосіб написання умови, але, на жаль, досі не маю найяснішої підказки, як це вирішити!
— Педро Карвальо

Ще одна підказка полягає в тому, що якщо випадків "2", ви зупинитесь. Таким чином, ви могли б наблизити це до від'ємного двочлена з параметрами і (також з і ). Точна відповідь також керована, оскільки не так багато комбінацій. Крім того, умова не точна - потрібно включити, що "2" або "3" було записано на му списку17170.5111/3N
— ймовірністьлогічний

Відповіді:


1

Це питання - конкретний випадок, коли ви маєте справу з величиною, яка є лінійною функцією багаточленної випадкової величини. Вирішити свою проблему можливо точно, перерахувавши багаточленні комбінації, які задовольняють необхідну нерівність, і підсумовуючи розподіл за цим діапазоном. У випадку, коли великий, це може стати обчислювально нездійсненним. У цьому випадку можливо отримати приблизний розподіл, використовуючи нормальне наближення до багаточленного. Узагальнена версія цього наближення наведена нижче, а потім це застосовується до вашого конкретного прикладу.N


Загальна проблема наближення: Припустимо, у нас є послідовність змінних випадкових змінних з діапазоном . Для будь-якого ми можемо сформувати вектор рахунку , який рахує кількість виникнення кожного результату в перших значеннях послідовності. Оскільки основна послідовність є замінною, вектор лічильника розподіляється як:1,2,...,mn∈NX≡X(n)≡(X1,X2,...,Xm)n

X ~ Mu(n,θ)θ=limn→∞X(n)/n.

Тепер, припустимо, у нас є деякий вектор негативних ваг і ми використовуємо ці ваги для визначення лінійної функції:w=(w1,w2,...,wm)

A(n)≡∑i=1mwiXi.

Оскільки ваги є негативними, ця нова кількість не зменшується в . Потім визначимо число - це найменша кількість спостережень, необхідних для отримання заданого мінімального значення для нашої лінійної функції. Ми хочемо наблизити розподіл у випадку, коли це значення (стохастично) велике.nN(a)≡min{n∈N|A(n)⩾a}N(a)


Розв’язання загальної задачі наближення: По-перше, зазначимо, що оскільки не зменшується в (що справедливо, тому що ми припустили, що всі ваги є негативними), ми маємо:A(n)n

P(N(a)⩾n)=P(N(a)>n−1)=P(A(n−1)<a).

Отже, розподіл безпосередньо пов'язано з розподілом . Припускаючи, що колишня величина велика, ми можемо наблизити розподіл останнього, замінивши дискретний випадковий вектор на безперервне наближення від багатофакторного нормального розподілу. Це призводить до нормального наближення для лінійної кількісності , і ми можемо безпосередньо обчислити моменти цієї величини. Для цього ми використовуємо той факт, що , та для . З деякою базовою алгеброю це дає нам:NAXA(n)E(Xi)=nθiV(Xi)=nθi(1−θi)C(Xi,Xj)=−nθiθji≠j

μ≡E(1nA(n))=∑i=1mwiθi,

σ2≡V(1nA(n))=∑i=1mwiθi−(∑i=1mwiθi)2=μ(1−μ).

Здійснюючи нормальне наближення до мультиноміалу, тепер ми отримуємо приблизний розподіл . Застосування цього наближення дає:A(n) ~ N(nμ,nμ(1−μ))

P(N(a)⩾n)=P(A(n−1)<a)≈Φ(a−(n−1)μ(n−1)μ(1−μ)).

(Символ - стандартне позначення для стандартної функції нормального розподілу.) Можна застосувати це наближення, щоб знайти ймовірності, що відносяться до величини для заданого значення . Це основне наближення, яке не намагалося включити корекцію безперервності на значення базових значень багаточленного підрахунку. Він отримується шляхом прийняття нормального наближення, використовуючи ті ж перші два центральні моменти, що і точна лінійна функція.ΦN(a)a


Застосування до вашої проблеми: у вашій проблемі є ймовірності , ваги і значення відсіку . Отже, у вас є (округлення до шести знаків після коми) . Застосовуючи вказане вище наближення (округлення до шести знаків після коми):θ=(12,16,13)w=(0,ln⁡2,ln⁡3)a=ln⁡100000μ=16ln⁡2+13ln⁡3=0.481729

P(N(a)⩾25)≈Φ(ln⁡100000−24⋅0.48172924⋅0.499666)=Φ(−0.019838)=0.492086.

Застосовуючи точний мультиноміальний розподіл, підсумовуючи всі комбінації, що задовольняють вимогу , можна показати, що точним результатом є . Отже, ми можемо бачити, що наближення досить близьке до точної відповіді в цьому випадку.P(A(24)<a)P(N(a)⩾25)=0.483500

Сподіваємось, ця відповідь дає відповідь на ваше конкретне запитання, а також ставить її в більш загальні рамки ймовірнісних результатів, що застосовуються до лінійних функцій багаточленних випадкових векторів. Цей метод повинен дозволяти отримувати приблизні рішення проблем загального типу, з якими ви стикаєтесь, дозволяючи змінювати конкретні числа у вашому прикладі.


0

Зробимо нормальне наближення.

Спочатку давайте переформулюємо повністю вашу проблему в журналах. Ви починаєте о 0 в момент t = 0. Потім на кожному етапі ви додаєте:

  • 0 з вірогідністю 1/2

  • log⁡(2) з вірогідністю 1/6

  • log⁡(3) з вірогідністю 1/3

Ви зупиняєте цей процес, коли сума перевищує в цей момент ви дивитесь, скільки ви виконали кидків. Кількість кидків, які вам знадобилися, щоб досягти цієї точки, становить ^log⁡(105)N

Мій калькулятор говорить мені, що середнє збільшення ваших приростів дорівнює: а дисперсія становить . Для довідки, кінцева точка знаходиться в тому ми досягнемо його приблизно за 24 кроки≈0.48≈0.25≈11.51

За умови, що ми зробили 25 кроків, розподіл суми є приблизно гауссовим з центром 12,0 та з відхиленням 6,25. Це дає нам приблизну гауссова приблизністьp(N≥25)≈0.5

Вам знадобиться переглянути кумулятори суми при N = 25, щоб знати, чи гаразд наближений Гаусс. З огляду на те, що прирости не симетричні, приблизне значення може бути не найкращим


1
Чи можете ви завершити виведення для мене? Мені важко це бачити. Також, чи немає точного способу його обчислити?
— Педро Карвальо

1
Ви не маєте на увазі "log (2)" та "log (3)", де у вас є log (1) та log (2)?
— Glen_b -Встановити Моніку

@GuillaumeDehaene писав: .... За моїм розрахунком, двома різними способами, що дуже відрізняється від 0,5p(N≥25)≈0.5P(N≥25)=1−P(N≤24)=1−11272918566330716499837226778624≈0.8266
— вовки

як ви отримуєте P (n \ leq24) \ приблизно 0,18?
— Гійом Дехаєн
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.