随机变量的数字特征

随机变量的数字特征

  • 期望
    • 定义
      • 对离散型随机变量 XX,如果 ∑i=1+∞xipi\displaystyle\sum_{i=1}^{+\infty} x_i p_i 绝对收敛,则该级数为其期望 E(X)E(X)。
      • 对离散型随机变量 XX,如果 ∫−∞+∞xf(x)dx\displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty} xf(x)\mathrm dx 绝对收敛,则该定积分为其期望 E(X)E(X)。
      • 期望不是随机变量,是 XX 的数字特征。
    • 性质
      • 已知 X,Y=g(X)X,Y=g(X),则 E(Y)=E(g(X))=∫−∞+∞g(x)f(x)dxE(Y) = E(g(X)) =\displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty} g(x) f(x) \mathrm dx。
      • 已知 (X,Y),Z=g(X,Y)(X,Y),Z=g(X,Y),则 E(Z)=E(g(X,Y))=∫−∞+∞∫−∞+∞g(x,y)f(x,y)dxdyE(Z) = E(g(X,Y)) = \displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty}\int_{-\infty}^{+\infty} g(x,y) f(x,y) \mathrm dx\mathrm dy。
      • E(aX+b)=aE(X)+bE(aX+b) = a E(X)+b
      • E(X+Y)=E(X)+E(Y)E(X+Y) = E(X) + E(Y)
      • X,YX,Y 独立时,E(XY)=E(X)E(Y)E(XY) = E(X)E(Y)
    • 常用期望
      • X∼b(n,p)X \sim b(n,p):E(X)=npE(X) = np
      • X∼π(λ)X \sim \pi(\lambda):E(X)=λE(X) = \lambda
      • X∼G(p)X \sim G(p):E(X)=1pE(X) = \dfrac{1}{p}
      • X∼U(a,b)X \sim U(a,b):E(X)=a+b2E(X) = \dfrac{a+b}{2}
      • X∼E(λ)X \sim E(\lambda):E(X)=1λE(X) = \dfrac{1}{\lambda}
      • X∼N(μ,σ2)X \sim N(\mu,\sigma^2): E(X)=μE(X) = \mu
  • 方差
    • 定义
      • 已知随机变量,若 E((X−E(X))2)E((X-E(X))^2) 存在,则其为方差 D(X)D(X)。
      • D(X)=E(X2)−E2(X)D(X)=E(X^2)-E^2(X)。
    • 常用方差
      • X∼b(n,p)X \sim b(n,p):D(X)=np(1−p)D(X) = np(1-p)
      • X∼π(λ)X \sim \pi(\lambda):D(X)=λD(X) = \lambda
      • X∼G(p)X \sim G(p):D(X)=1−pp2D(X) = \dfrac{1-p}{p^2}
      • X∼U(a,b)X \sim U(a,b):D(X)=(b−a)212D(X) = \dfrac{(b-a)^2}{12}
      • X∼E(λ)X \sim E(\lambda):D(X)=1λ2D(X) = \dfrac{1}{\lambda^2}
      • X∼N(μ,σ2)X \sim N(\mu,\sigma^2): D(X)=σ2D(X) = \sigma^2
  • 协方差
    • 定义
      • (X,Y)(X,Y) 为二维随机变量,若 E((X−E(X))(Y−E(Y)))E((X - E(X))(Y-E(Y))),则其为 XX 和 YY 的协方差 Cov(X,Y)Cov(X,Y)。
      • 如果 Cov(X,Y)=0Cov(X,Y)=0,则 XX 和 YY 不相关,否则相关。
    • 性质
      • 如果 X,YX,Y 独立,则 X,YX,Y 不相关。反之不一定。
      • Cov(X,Y)=E(XY)−E(X)E(Y)Cov(X,Y)=E(XY)-E(X)E(Y)
      • D(X+Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y)D(X+Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y)
      • Cov2(X,Y)≤D(X)D(Y)Cov^2(X,Y) \le D(X)D(Y),X,YX,Y 有严格线性关系时取等。