泊松分布卡片 python實現

2021-10-19 15:16:40 字數 3050 閱讀 5540

泊松分布 poisson probabilities用於描述一種分布:已知給定區間內事件的平均發生次數 ? ,推斷在給定區間內事件的發生次數,區間可以是時間也可以是空間。

泊松分布的期望與方差均為 ?。

比如統計資料表明一台機器平均1周故障 ? 次,那麼接下來一周的故障次數滿足以下規律:

p (x

=k)=

e−λλ

k!k\displaystyle p(x=k)= \frac \lambda} ^k

p(x=k)

=k!e

−λλ​

k 比如 λ=3,則下週故障4次的概率為 p(k

=4)=

e−3⋅

34/4

!=0.1680

p(k=4)=e^\cdot 3^4/4! = 0.1680

p(k=4)

=e−3

⋅34/

4!=0

.168

0擴充套件:如果例子中是推測後3周故障次數為k的概率,則可認為3周的平均故障次數為 3? , 這時分布可以描述為:

p (x

=k)=

e−3λ

(3λ)

kk!\displaystyle p(x=k)= \frac (3\lambda)^k}

p(x=k)

=k!e

−3λ(

3λ)k

​ scipy.stats 中有poisson模組,可以方便的計算各種引數:

po = stats.poisson(mu)

#用於構造均值與μ的泊松分布;

po.pmf(k, mu, loc=0)

# probability mass function. 概率質量函式;

po.cdf(k, mu, loc=0)

#cumulative distribution function.累積分布函式;

po.ppf(q, mu, loc=0)

# percent point function 百分點函式(cdf的倒數-百分位數)。

import numpy as np

import scipy.stats as stats

import matplotlib.pyplot as plt

# 支援中文

plt.rcparams[

'font.sans-serif']=

['simhei'

]# 用來正常顯示中文標籤

plt.rcparams[

'axes.unicode_minus']=

false

# 用來正常顯示負號

mu =

3x = np.arange(18)

po = stats.poisson(mu)

# 構造平均次數mu的泊松分布

p = po.pmf(x)

# 計算各次下的概率

# 作圖

fig = plt.figure(

)ax = fig.add_subplot(

111)

ax.stem(x,p,basefmt=

'k',label=

'故障次數概率');

ax.set_xlabel(

'隨機變數:機器故障k次');

ax.set_ylabel(

'發生概率');

ax.set_title(f'泊松分布:平均值$\mu$ =');

ax2=plt.twinx(

)y=stats.poisson.cdf(x,mu)

#計算各次下的累積概率

ax2.plot(x,y,

'r',label=

'累積概率'

)ax2.set_ylabel(

'累積概率'

輸出累積概率為95%的次數

po.ppf(

0.95

)

值為6。

在 ? 較大時,泊松分布近似正態分佈,比如 ?=100 ,示意如下:

mu =

100x = np.arange(

500)

po = stats.poisson(mu)

p = po.pmf(x)

fig = plt.figure(

)ax = fig.add_subplot(

111)

line1 = ax.bar(x,p,label=

'故障次數概率');

ax.set_xlabel(

'隨機變數:機器故障k次');

ax.set_ylabel(

'發生概率');

ax.set_title(f'泊松分布:平均值$\mu$ =');

ax2=plt.twinx(

)y=stats.poisson.cdf(x,mu)

line2 = ax2.plot(x,y,

'r',label=

'累積概率'

)ax2.set_ylabel(

'累積概率'

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