如何理解几何分布与指数分布的无记忆性?
在經濟學上,有一個概念是沉沒成本,大概指的是已經付出的、且不可收回的成本。針對這個概念有一個常見的說法:
這句話的意思是,既然沉沒成本不可收回,那么在做選擇的時候就不應該考慮它。舉一個簡單的例子,買票去看電影,放映10分鐘你就知道這是一部爛片,那么有兩個選項(圖片出自沉沒成本謬誤):
此時這張電影票已經消費了,沒有辦法收回,購買電影票的錢就是沉沒成本。這個時候如果想離開電影院就直接離開,不要去考慮為這張電影票付出的金錢。還有很多別的例子,這里就不一一列舉了:
下面要介紹的幾何分布、指數分布的無記憶性,可以看作“沉沒成本不是成本”這句話的數學例子。
1 幾何分布
1.1 幾何分布的簡單介紹
扔硬幣是最簡單的隨機現象了:
扔??次硬幣,前面??次都是反面,第??次正好是正面:
這個隨機事件可以用隨機變量X來表示:
它的概率可以記作:
這樣的隨機事件??稱為服從幾何分布。
1.2 賭徒心理
有一個賭徒在賭大小,他一直在押“大”,可是臺上連續出了十把“小”,讓他輸了很多錢:
賭徒認為,前面出了那么多把“小”,再出“小”的可能性非常小了,他想把他的全部身家押“大”,搏一把翻本。當然,這完全是賭徒心理,最合理的做法是馬上抽身止損,下面看看數學是怎么解釋的。
這是一個典型的幾何分布,可以用隨機變量??來表示:
?
把分析需要的幾個事件分別列出來:
?
可以證明,“扔了十把'小'條件下,下一把出‘大’”的概率和“扔一把就出‘大’”完全一樣,即:
?
這就是所謂的幾何分布無記憶性。也可以通俗地解釋為,前面十把輸的錢是沉沒成本,完全不影響之后出“大”的概率。賭徒應該及時抽身止損,保住最后一點身家。
2 指數分布
2.1 廁所問題
小明在自家小賣部苦苦等待第一位上門的客人,已經等待三個小時了:
小明想去上廁所,可是只有憋著,因為它想到等了這么久了,客人上門的概率會隨著時間的推移而不斷提高,所以一定要等到客人之后再去上廁所。這種想法對嗎?
這也類似于幾何分布,可以用隨機變量??來表示:
不過時間是連續的,所以這個分布稱為指數分布。與幾何分布大同小異,同樣具有無記憶性,前面等的三個小時是沉沒成本,不會影響之后的來客概率,該上廁所就去上廁所。
2.2 電器壽命
指數分布也經常用于預測電器的壽命:
因為指數分布的無記憶性,同學們常常很困惑,為什么用指數分布來表示電器的壽命。電器不是用的時間越長,壞的可能性越大嗎?
如果將電器考慮作理想的電器,器件不會老化。此時,電器的壽命是隨機的。內部彷佛每秒鐘都在扔硬幣,扔到了正面,電器就壞了。在這種情況下,我們認為電器的壽命服從指數分布。
現實中是不會有理想電器的,但是如果只考慮短時間內的電器壽命,那么就可以將之視作理想電器,認為它的壽命服從指數分布。
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總結
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