超几何分布期望详细证明

科学作者 / 姓名 / 2026-01-08 08:51
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关于超几何分布期望详细证明,相关内容如下:超几何分布的期望为:mathbb{E}[X]=frac{nN_1}{N}。一、超几何分布概述超几何分布是

关于超几何分布期望详细证明,相关内容如下:

超几何分布的期望为:mathbb{E}[X]=frac{nN_1}{N}。

一、超几何分布概述

超几何分布是概率论中一种离散概率分布,通常用于描述如随机抽样等领域。其与二项分布有些类似,但与二项分布不同的是,它的每次实验并不是独立进行的,而是与前一次实验有关联的。

二、求超几何分布的期望

对于一个超几何分布随机变量X,表示从一共拥有N个物品中选n个物品,并且其中有N_1个具有某个特定性质的物品,那么它的概率质量函数为:

mathrm{P}(X=k)=dfrac{binom{N_1}{k}binom{N-N_1}{n-k}}{binom{N}{n}}

现在我们来计算其期望。

mathbb{E}[X]=sum_{k=0}^{n}{kcdotmathrm{P}(X=k)}

将上述概率质量函数代入得:

begin{aligned}mathbb{E}[X]&=sum_{k=0}^{n}{kcdotfrac{binom{N_1}{k}binom{N-N_1}{n-k}}{binom{N}{n}}}\&=sum_{k=0}^{n}{frac{kbinom{N_1}{k}binom{N-N_1}{n-k}}{binom{N}{n}}}\&

=sum_{k=0}^{n}{frac{kfrac{N_1!}{k!(N_1-k)!}cdotfrac{(N-N_1)!}{(n-k)!(N-N_1-(n-k))!}}{frac{N!}{n!(N-n)!}}}\&=frac{nN_1}{N}end{aligned}

三、证明过程

上式的推导可以通过对期望的定义和组合数学的知识来完成。

首先,我们来看期望的定义:

mathbb{E}[X]=sum_{i=1}^{n}{x_imathrm{P}(X=x_i)}

其中,mathrm{P}(X=x_i)表示随机变量X取值为x_i的概率。对于超几何分布,其中每个样本取到的概率是不等的,方便起见,我们设其中有k个物品具有特定性质,则选出k个物品的方案数为binom{N_1}{k}。

同理,选出n-k个非特定物品的方案数为binom{N-N_1}{n-k}。而在总共N个物品中选取n个的方案数为binom{N}{n}。因此,有以下概率质量函数:

mathrm{P}(X=k)=dfrac{binom{N_1}{k}binom{N-N_1}{n-k}}{binom{N}{n}}。

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