
密度函数(Density Function) 是概率论和统计学中的核心概念,用于描述连续型随机变量的概率分布特性。在汉语中,“密度”意指“密集程度”,而“函数”表示一种数学关系,因此“密度函数”形象地描述了随机变量取值在数轴上各点处的“概率密集程度”。
概率密度函数(Probability Density Function, PDF)
设 ( X ) 是一个连续型随机变量,其概率密度函数 ( f(x) ) 需满足以下条件:
$$ int{-infty}^{infty} f(x)dx = 1 $$
随机变量 ( X ) 落在区间 ([a, b]) 内的概率由密度函数在该区间的积分给出:
$$ P(a leq X leq b) = int{a}^{b} f(x)dx $$
来源:高等教育出版社《概率论与数理统计》(第5版)
物理意义类比
密度函数类似于物理学中的“质量密度”。例如,一根不均匀细棒的质量密度函数 ( rho(x) ) 描述单位长度上的质量分布,其总质量满足 ( int rho(x) dx = M )。概率密度函数则描述单位长度上的“概率质量”,总概率为 1 。
$$ F(x) = int_{-infty}^{x} f(t)dt $$
反之,密度函数是分布函数的导数:( f(x) = frac{d}{dx} F(x) )(在 ( F(x) ) 可导点)。
$$ f(x) = frac{1}{sqrt{2pi}sigma} e^{-frac{(x-mu)}{2sigma}} $$
描述自然现象(如测量误差)的分布,参数 ( mu )(均值)和 ( sigma )(标准差)决定形态 。
$$ f(x) = lambda e^{-lambda x} quad (x geq 0) $$
用于建模无记忆性事件(如设备寿命、电话呼叫间隔)。
参考文献
密度函数(Density Function)是概率论与统计学中的核心概念,主要用于描述连续型随机变量的概率分布特性。以下是详细解释:
密度函数(通常指概率密度函数,Probability Density Function, PDF)是一个非负函数,满足: $$ f(x) geq 0 quad text{且} quad int{-infty}^{+infty} f(x) , dx = 1 $$ 它通过积分形式表示随机变量在某一区间内的概率: $$ P(a leq X leq b) = int{a}^{b} f(x) , dx $$
密度函数是累积分布函数(CDF)的导数: $$ F(x) = P(X leq x) = int_{-infty}^{x} f(t) , dt quad Rightarrow quad f(x) = frac{d}{dx} F(x) $$
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