
密度函數(Density Function) 是概率論和統計學中的核心概念,用于描述連續型隨機變量的概率分布特性。在漢語中,“密度”意指“密集程度”,而“函數”表示一種數學關系,因此“密度函數”形象地描述了隨機變量取值在數軸上各點處的“概率密集程度”。
概率密度函數(Probability Density Function, PDF)
設 ( X ) 是一個連續型隨機變量,其概率密度函數 ( f(x) ) 需滿足以下條件:
$$ int{-infty}^{infty} f(x)dx = 1 $$
隨機變量 ( X ) 落在區間 ([a, b]) 内的概率由密度函數在該區間的積分給出:
$$ P(a leq X leq b) = int{a}^{b} f(x)dx $$
來源:高等教育出版社《概率論與數理統計》(第5版)
物理意義類比
密度函數類似于物理學中的“質量密度”。例如,一根不均勻細棒的質量密度函數 ( rho(x) ) 描述單位長度上的質量分布,其總質量滿足 ( int rho(x) dx = M )。概率密度函數則描述單位長度上的“概率質量”,總概率為 1 。
$$ F(x) = int_{-infty}^{x} f(t)dt $$
反之,密度函數是分布函數的導數:( f(x) = frac{d}{dx} F(x) )(在 ( F(x) ) 可導點)。
$$ f(x) = frac{1}{sqrt{2pi}sigma} e^{-frac{(x-mu)}{2sigma}} $$
描述自然現象(如測量誤差)的分布,參數 ( mu )(均值)和 ( sigma )(标準差)決定形态 。
$$ f(x) = lambda e^{-lambda x} quad (x geq 0) $$
用于建模無記憶性事件(如設備壽命、電話呼叫間隔)。
參考文獻
密度函數(Density Function)是概率論與統計學中的核心概念,主要用于描述連續型隨機變量的概率分布特性。以下是詳細解釋:
密度函數(通常指概率密度函數,Probability Density Function, PDF)是一個非負函數,滿足: $$ f(x) geq 0 quad text{且} quad int{-infty}^{+infty} f(x) , dx = 1 $$ 它通過積分形式表示隨機變量在某一區間内的概率: $$ P(a leq X leq b) = int{a}^{b} f(x) , dx $$
密度函數是累積分布函數(CDF)的導數: $$ F(x) = P(X leq x) = int_{-infty}^{x} f(t) , dt quad Rightarrow quad f(x) = frac{d}{dx} F(x) $$
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