(完整版)复合泊松模型下破产概率估计
复合泊松模型
----------破产概率估计
关键词：复合泊松过程正态特征函数估计
一、复合泊松过程的定义及性质
1.泊松过程：
满足下列三条件的随机过程X={X(t),t≥0}叫做泊松过程。①P(X(0)=0)=1。②不相交区间上增量相互独立，即对一切0≤t1
若X还满足④X(t)-X(s）的分布仅依赖于t-s，则称X为齐次泊松过程；这时Λ（t)=λt，式中常数λ>0称为过程的强度，因为EX(t)=Λ（t)=λt，λ等于单位时间内事件的平均发生次数。非齐次泊松过程可通过时间尺度的变换变为齐次泊松过程。对泊松过程，通常可取它的每个样本函数都是跃度为1的左（或右）连续阶梯函数。可以证明，样本函数具有这一性质的、随机连续的独立增量过程必是泊松过程，因而泊松过程是描写随机事件累计发生次数的基本数学模型之一。直观上，只要随机事件在不相交时间区间是独立发生的，而且在充分小的区间上最多只发生一次，它们的累计次数就是一个泊松过程。在应用中很多场合都近似地满足这些条件。例如某系统在时段[0,t）内产生故障的次数，一真空管在加热t秒后阴极发射的电子总数，都可假定为泊松过程。
描述随机事件累计发生次数的过程通常称为计数过程（见点过程）。一个简单而且局部有限的计数过程{X(t），t≥0}，往往也可以用它依次发生跳跃（即发生随机事件）的时刻{Tn，n≥1}来规定，即取T0=0，Tn=inf{t:X(t）≥n}，n≥1，而当Tn 过程来看，齐次泊松过程是时间空间都为齐次的纯生马尔可夫链。从鞅来看，齐次泊松过程X 是使{X(t)-λt,t≥0}为鞅的跃度为1的计数过程。 较泊松过程稍为广泛的计数过程是更新过程，更新过程的跳跃时间间距是相互独立同分布的，但不一定是指数分布。这类过程常被用来描写某些设备的累计故障次数。若对跳跃时间间距不作任何假定，就成为一般的计数过程或称一维点过程。假如某设备在[0，t ）时段内故障的累计次数N(t ）是泊松过程，而每次故障造成的耗损不尽相同，用随机变量Yi 表示第i 次耗损，则在[0,t ）内总的耗损为N(t ）。当{N(t ），t≥0}为齐次泊松过程，{Yi,i≥1}又是相互独立同分布且与{N(t ）}独立时，X={X(t ），t≥0}称为复合泊松过程。由于{N(t),t≥0}可以用其跳跃时刻{Ti,i≥1}来规定，因而复合泊松过程可用{(Tn ，Yn),n≥1}来规定，即若对{(Tn,Yn),n≥1}的统计特性不作任何假定，这样规定的X 便是一种一般地描述系统跳跃变化的随机过程，常称为标值点过程，也称多变点过程或跳跃过程。 泊松过程是一类较为简单的时间连续状态离散的随机过程。泊松过程在物理、地质学、生物学、金融和可靠性理论等领域中都有广泛的应用。在经典风险模型中，索赔过程经常用一个复合泊松过程来描述。许多学者对模型进行了深入的研究，比较有吸引力的改进是用两个复合泊松过程描述索赔过程的多险种风险模型。由于索赔过程的复杂化，使得在经典风险模型种的一些较好结论难以在新模型中得到类似证明。因此首先讨论复合泊松分布及过程的可加性，在参数比较大的情况下，可以用正态过程与之近似，以便运用正态过程的优良特性更好地处理有关问题。 2.复合泊松分布： 复合泊松分布在概率论和保险模型中有着很重要的应用。 关于复合泊松过程的一些定义及性质： 定义1：∑==N k k X S 1，其中N 表示理赔次数，k X 表示第k 次的理赔金额，N 与k X 是相互独立的，则当N 服从Poisson 分布时，S 具有复合Poisson 分布。 如果一个随机变量X 满足性质：对任何一个独立随机变量序列n X X ,...1使得n X X X ++=...1，则称X 是无穷可分的。当把复合泊松分布类扩展成一个更大的类时，使其对极限运算封闭，我们便得到了 无穷可分类，该类包含伽玛分布和正态。 定理1：（复合泊松分布的可加性）如果m S S ,...,1是一列独立的复合泊松随机变量，分别具有参数i λ和理赔分布i P ，i=1,2,…m,那么∑==m i i S S 1仍然是一个复合 泊松随机变量，具有参数).()(,11x P x P i m i i m i i ∑∑====λ λλλ 在经典的破产模型中，到t时刻的风险St是一个复合泊松过程，而Poisson 过程具有普通性，即在充分小的时间内跳至多为1，也就是至多有一次索赔，而在实际中，我们经常会遇到在同一时刻有两个以上的顾客要求索赔的情形。比如我们考虑汽车保险，若到t时刻为止发生事故的车辆总数N(t),且N(t)为一Poisson 过程，所以在充分小的时间内至多有一辆车发生事故，然而每次发生事故所导致要求索赔的人数却不至一个，它可能服从一离散分布，根据这一要求我们对经典模型进行推广，即考虑把复合泊松过程之中的普通性要求去掉后如何来解决一系列相应问题。 目录 1命名原因 2分布特点 3关系 4应用场景 5应用示例 6推导 7形式与性质 命名原因 泊松分布实例 泊松分布（Poisson distribution），台译卜瓦松分布（法语：loi de Poisson，英语：Poisson distribution，译名有泊松分布、普阿松分布、卜瓦松分布、布瓦松分布、布阿松分布、波以松分布、卜氏分配等），是一种统计与概率学里常见到的离散机率分布（discrete probability distribution）。泊松分布是以18～19 世纪的法国数学家西莫恩·德尼·泊松（Siméon-Denis Poisson）命名的，他在1838年时发表。这个分布在更早些时候由贝努里家族的一个人描述过。 分布特点 泊松分布的概率函数为： 泊松分布的参数λ是单位时间(或单位面积)内随机事件的平均发生次数。泊松分布适合于描述单位时间内随机事件发生的次数。 泊松分布的期望和方差均为特征函数为 关系 泊松分布与二项分布 泊松分布 当二项分布的n很大而p很小时，泊松分布可作为二项分布的近似，其中λ为np。通常当n≧20,p≦时，就可以用泊松公式近似得计算。 事实上，泊松分布正是由二项分布推导而来的，具体推导过程参见本词条相关部分。 应用场景 在实际事例中，当一个随机事件，例如某电话交换台收到的呼叫、来到某公共汽车站的乘客、某放射性物质发射出的粒子、显微镜下某区域中的白血球等等，以固定的平均瞬时速率λ（或称密度）随机且独立地出现时，那么这个事件在单位时间（面积或体积）内出现的次数或个数就近似地服从泊松分布P(λ)。因此,泊松分布在管理科学、运筹学以及自然科学的某些问题中都占有重要的地位（在早期学界认为人类行为是服从泊松分布，2005年在nature上发表的文章揭示了人类行为具有高度非均匀性）。 应用示例 课程名称：《随机过程》 课程设计（论文） 题目: 复合泊松过程应用问题 学院：理学院 专业：数学与应用数学 班级：数学11-1班 学生姓名： abc 学生学号： abc 指导教师： abc 2013 年 12 月 9 日 目录 任务书 (3) 摘要 (4) 第一章绪论 (5) 第二章复合泊松过程的基本理论 (5) 2.1 复合泊松过程的定义及物理意义 (5) 2.2 复合泊松过程的实例 (5) 2.3 与复合泊松过程有关的的命题 (6) 2.4 复合泊松过程恒等式 (8) 2.5复合泊松过程的可加性及证明 (8) 第三章问题描述及分析计算 (10) 3.1 以复合泊松过程为模型的问题 (10) 3.2典型例题的具体分析 (10) 第四章MATLAB程序及运行结果 (11) 4.1 典型1,2的matlab程序 (11) 4.2 问题小结 (13) 第五章结论 (13) 第六章参考文献 (13) 评阅书 (14) 课程设计任务书 摘要 泊松过程是由法国著名数学泊松（Poisson, Simeon-Denis）（1781—1840）证明的。1943年 C.帕尔姆在电话业务问题的研究中运用了这一过程，后来Α.Я.辛钦于50年代在服务系统的研究中又进一步发展了它。现在泊松过程在物理学、地质学、生物学、医学、天文学、金融、服务系统和可靠性理论等领域中都有广泛的应用。非齐次泊松过程和复合泊松过程作为泊松过程推广的一种，其应用更是广泛，那么本文主要讲的是复合泊松过程的应用及其推广。 本文通过应用复合泊松过程的定义、基本理论，及其可加性的重要定理分析生活中的实际问题，并模拟复合泊松过程的模型，利用MATLAB软件进行求解，最后进行问题的分析，给出合理总结及误差分析。在实际问题中，通过结合复合泊松过程的性质，定理和概率论，各种模型的分布等知识去更好的解决，提出实用性建议。 关键字：复合泊松过程 MATLAB软件概率论模型分布 幻灯片1 正态分布 第二章 第七节 一、标准正态分布的密度函数 二、标准正态分布的概率计算 三、一般正态分布的密度函数 四、正态分布的概率计算幻灯片2 正态分布的重要性正态分布是概率论中最重要的分布, 这能够由 以下情形加以说明: ⑴ 正态分布是自然界及工程技术中最常见的分布之一, 大量的随机现象都是服从或近似服从正态分布的．能够证明, 如果一个随机指标受到诸多因素的影响, 但其中任何一个因素都不起决定性作用, 则该随机指标一定服从或近似服从正态分布． 这些性质是其它 ⑵ 正态分布有许多良好的性质, 许多分布所不具备的． ⑶ 正态分布能够作为许多分布的近似分布．幻灯片3 －标准正态分布下面我们介绍一种最重要的正态分布 一、标准正态分布的密度函数若连续型随机变量X 的密度函数为定义 则称X 服从标准正态分布, 记为标准正态分布是一种特别重要的它的密度函数经常被使用, 分布。 幻灯片4 密度函数的验证 则有 ( 2) 根据反常积分的运算有能够推出 幻灯片5 标准正态分布的密度函数的性质若随机变量 , X 的密度函数为 则密度函数的性质为: 的图像称为标准正态( 高斯) 曲线幻灯片6 随机变量 由于 由图像可知, 阴影面积为概率值。对同一长度的区间 , 若这区间越靠近 其对应的曲边梯形面积越大。标准正态分布的分布规律时”中间多, 两头少” . 幻灯片7 二、标准正态分布的概率计算 1、分布函数分布函数为幻灯片8 2、标准正态分布表书末附有标准正态分布函数数值表, 有了它, 能够解决标准正态分布的概率计算.表中给的是x > 0时，①(x)的值. 幻灯片9 如果由公式得令则幻灯片10 泊松方程 泊松方程只得是数学中一个常见于静电学、机械工程和理论物理的偏微分方程，因法国数学家、几何学家及物理学家泊松而得名的。 在数学以及物理中，拉普拉斯算子或是拉普拉斯算符（Laplace operator 或Laplacian）是一个微分算子，通常写成Δ或；这是为了纪念皮埃尔-西蒙·拉普拉斯而命名的。 拉普拉斯算子有许多用途，此外也是椭圆型算子中的一个重要例子。在物理中，常用于波方程的数学模型、热传导方程以及亥姆霍兹方程。在静电学中，拉普拉斯方程和泊松方程的应用随处可见。在量子力学中，其代表薛定谔方程式中的动能项。 在数学中，经拉普拉斯算子运算为零的函数称为调和函数；拉普拉斯算子是霍奇理论的核心，并且是德拉姆上同调的结果。 泊松方程成立的条件 泊松首先在无引力源的情况下得到泊松方程,△Φ=0（即拉普拉斯方程）；当考虑引力场时,有▽Φ=f（f为引力场的质量分布）.后推广至电场磁场,以及热场分布.该方程通常用格林函数法求解,也可以分离变量法,特征线法求解. 泊松方程的物理内涵 泊松方程可以看做是不可压缩的流体运动方程。方程的意义相当于穿过任意封闭曲面的液体的流量等于曲面内所包含的流体源产生液体的总量。对于电动力学中静电场，电场强度相当于流密度，净电荷相当于流体源电动力学中电场对空间坐标的二次导数与空间内电荷量成正比。 半导体中的泊松方程 泊松方程表明电荷产生电场：电位的二阶导数与电荷密度成正比。近似条件：PIN结中无载流子即全部耗尽，施主和受主完全电离。PIN结的泊松方程： (0 电子信息与通信工程学院 实验报告 实验名称非其次泊松过程课程名称随机信号分析 姓名顾康学号U201413323 日期 6.13 地点南一楼 成绩教师董燕 1.题目 Consider the nonhomogeneous Poisson process with its intensity function spectified in Example2.3.6. (a) Write a MATLAB program to generate (stimulate) the first eighty arrival times. (b) Given t=8(hours),write a Matlab program to generate N(8) and then the arrival times in the interval(0,8],draw the respective histograms showing hour5y arrival counts. (a) 由定理设λ（ｔ）≤λ，其中λ为一常数，而ｓ１，ｓ２，…，ｓｎ，…为参数λ的齐次泊松过程的事件发生的时刻，对每个ｓｉ，以概率λ（ｓｉ）／λ进行保留，以概率１－λ（ｓｉ）／λ舍弃，由此得到的序列ｓ（１），ｓ（２），…，ｓ（ｎ），…是强度为λ（ｔ）的非齐次泊松过程事件发生的时刻。 证明显然，ｓ（１），ｓ（２），…，ｓ（ｎ），…是ｓ１，ｓ２，…，ｓｎ，…的稀疏。 设Ａ＝｛非齐次泊松过程Ｎ（ｔ）在（ｔ，ｔ＋ｈ］中有一个事件发生｝， Ｂ＝｛齐次泊松过程Ｎ（ｔ）在（ｔ，ｔ＋ｈ］中有一个事件发生｝， 则有Ｐ（ＡＢ）＝Ｐ（Ｂ）Ｐ（Ａ｜Ｂ）＝（λｈ＋ｏ（ｈ））λ（ｔ）/λ= λ（ｔ）ｈ＋ｏ（ｈ）， 泊松方程 在很多APP或者网站中常能看到泊松分布在足球预测中的应用，很久以前笔者就曾研究过泊松分布，本文笔者将对其进行更深入的探讨，运用泊松分布的原理建立预测模型，详细说明建立过程并分析预测结果，抛砖引玉，相互探讨。 首先，我们大概了解一下什么是泊松分布。泊松分布是以法国数学家泊松（1781~1840）命名的，他是19世纪概率统计学领域里的卓越人物，在数学统计领域中以他命名的理论除了泊松分布外，还有泊松定理、泊松公式、泊松方程、泊松过程、泊松积分、泊松级数、泊松变换、泊松代数、泊松比、泊松流、泊松核、泊松括号、泊松稳定性、泊松积分表示、泊松求和法等等。 简单来说泊松分布就是假设我们知道某一个事件的平均发生次数，并且假设事件与事件之间发生是相互独立的，那么我们就可以计算出这些不确定事件的发生概率分布。泊松分布被运用到很多小概率事件上，比如二战中的V-2导弹袭击伦敦、交通事故的概率、放射性衰变等。同理，在足球场上的进球从某种程度上来说就是小概率事件，所以我们可以把定义中提到的事件换成进球。 也就是说，在足球比赛中，如果我们知道对阵双方各自的预期进球数，那么1）我们就能通过运算得到一个囊括所有可能比分的概率分布图（例如图1，每种比分都有对应的概率，左下方是主队获胜比分，右上方是客队获胜比分，夹在中间的是平局比分）；2）根据比分概率分布图，进而可以得出胜平负所对应的概率；3）同样还能得到大小球、双方都进球玩法的概率。 图1 泊松分布- 比分概率分布图 1. 泊松分布详细步骤 1）选择目标联赛：笔者以26个联赛为研究标的，包括五大联赛、五大联赛各自二级别联赛、荷甲、荷乙、葡超、苏超、挪威超、俄超、瑞典超、瑞士超、土超、英甲、希腊超、巴甲、中超、日职、日职乙、澳超。 2）确定数据样本范围：笔者用2014/15至2018/19这5个赛季作为被预测赛季，假设还未进行（如果是非跨年联赛则为2014至2018赛季），样本数据库从2013/14开始向前追溯至2006/07赛季。分别以被预测赛季过去1、3、5、8个赛季跨度的数据为样本进行泊松分布的概率计算（共计4个样本，且样本包含被预测赛季已赛场次）。假设2014/15是一个还未进行的赛季，作为被预测赛季，笔者以过去1个赛季（2013/14）的数据为样本来计算泊松分布概率，并且随着模拟预测场次的进行会把2014/15已赛场次包含在样本中，同时笔者还会以过去3个赛季（2011/12至2013/14）、过去5个赛季（2009/10至2013/14）、过去8个赛季（2006/07至2013/14）的数据为样本分别进行计算。这是一个动态的过程，如果被预测赛季为2015/16赛季，那么数据样本分别选自于过去1个赛季（2014/15）、过去3个赛季（2012/13至2014/15）、过去5个赛季（2010/11至2014/15）、过去8个赛季（2007/08至2014/15）。（注：通常在研究泊松分布时研究人员会选择某一个样本范围，例如3个赛季或是5个赛季，笔者之所以选择4个样本跨度是希望观察球队的概率变动趋势，与下文的研究方向有关） 3）统计数据：确定好4个样本跨度后（被预测赛季之前的1、3、5、8个赛季），需要统计各个样本中各支球队的主场场均进球数及主场场均失球数，以及整个样 数学期望：随机变量最基本的数学特征之一。它反映随机变量平均取值的大小。又称期望或均值。它是简单算术平均的一种推广。例如某城市有10万个家庭，没有孩子的家庭有1000个，有一个孩子的家庭有9万个，有两个孩子的家庭有6000个，有3个孩子的家庭有3000个，则此城市中任一个家庭中孩子的数目是一个随机变量，记为X，它可取值0，1，2，3，其中取0的概率为0.01，取1的概率为0.9，取2的概率为0.06，取3的概率为0.03，它的数学期望为0×0.01＋1×0.9＋2×0.06＋3×0.03等于1.11，即此城市一个家庭平均有小孩1.11个，用数学式子表示为：E(X)=1.11。 也就是说，我们用数学的方法分析了这个概率性的问题，对于每一个家庭，最有可能它家的孩子为1.11个。 可以简单的理解为求一个概率性事件的平均状况。 各种数学分布的方差是： 1、一个完全符合分布的样本 2、这个样本的方差 概率密度的概念是：某种事物发生的概率占总概率(1)的比例,越大就说明密度越大。比如某地某次考试的成绩近似服从均值为80的正态分布，即平均分是80分，由正态分布的图形知x=80时的函数值最大，即随机变量在80附近取值最密集，也即考试成绩在80分左右的人最多。 下图为概率密度函数图(F(x)应为f(x)，表示概率密度)： 离散型分布：二项分布、泊松分布 连续型分布：指数分布、正态分布、X 2分布、t 分布、F 分布 抽样分布只与自由度，即样本含量（抽样样本含量）有关 二项分布（binomial distribution ）：例子抛硬币 1、 重复试验（n 个相同试验，每次试验两种结果，每种结果概率恒定————伯努利试验） 2、 抽样分布 泊松分布及其应用研究 Prepared on 22 November 2020 湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程论文》 题目：泊松分布及其应用研究 专业：通信工程 班级： 13级3班 姓名：黄夏妮 学号： 目录 一、摘要 (1) 二、泊松分布的概念 (2) 三、计数过程为广义的泊松过程 (4) 四、泊松分布及泊松分布增量 (5) 五、泊松分布的特征 (5) 六、泊松分布的应用 (6) 七、基于MATLAB的泊松过程仿真 (8) 八、参考文献 (12) 摘要 作为一种常见的离散型随机变量的分布,泊松分布日益显示其重要性,成为概率论中最重要的几个分布之一。服从泊松分布的随机变量是常见的,它常与时间单位的计数过程相联系。 在现实生活中应用更为广泛,如数学建模、管理科学、运筹学及自然科学、概率论等等。并且在某些函数关系起着一种重要作用。例如线性的、指数的、三角函数的等等。同样, 在为观察现象构造确定性模型时, 某些概率分布也经常出现。泊松分布作为大量试验中稀有事件出现的频数的概率分布的数学模型, 它具有很多性质。为此本文讲述了泊松分布的一些性质, 并讨论了这些性质在实际生活中的重要作用。 二、泊松分布的概念： 定义1 设随机变量X 的可能取值为,,2,1,0 且 {}0,,2,1,0,! >===-λλ k e k x k X P k 为常数。 则称X 服从参数为λ的泊松分布,记作X ～ D(λ) 。 定义2 设ε是任意一个随机变量,称 )t (- e t)(it +∞<<∞=Φε是ε的特征函数。 主要结论： 定理1 如果X 是一个具有以λ为参数的泊松分布,则E( X) = λ且D ( X) =λ。 证明 设X 是一随机变量,若 ] X) E( - X [ E{2}存在,则称它为X 的方差,记作D( X) ,即 ] X) E( - X [ E{ X) D(2}=。设X 服从泊松分布D ( X) ,即有: 则()()λλλλλλλλ λ=?=-==- ∞ =--∞ =-∑∑ e e k e k e k X E k k k k 11 0!1! 从而()() () λλλλλλλ λ +=-+-==-∞ =-∞ =--∞ =∑ ∑ ∑2122 2 2 !1!2! e k e k e k k X E k k k k k k 故λλλλ - X) E( - ) X E( X) D(2222=+== 定理2 设随机变量) , ,2 1 n ( x n =服从二项分布,其分布律为 {}n k p p C k x P k n n k n k n n ,,2,1,0,)1( =-==-。 又设0>=λn np 是常数,则{}λλ-∞ →==e k k x P k n n ! lim 。 证明 由λ=n np 得: 显然,当k = 0 时,故λ-n e k} x P{→=。当k ≥1 且k → ∞时,有 复合泊松分布及其性质 称随机变量1N i i S X ==∑服从参数为λ的复合泊松分布，如果满足 1．随机变量N ,12,,,n X X X 是相互独立 2．若12,,,n X X X 具有相同的分布，且分布与X 相同 3．N 服从泊松分布，参数为0λ> ()()()()E S E X E N E X λ== 222()()()()() ()()() Var S Var X E N E X Var N Var X E X E X λλλ=+=+= **00 ()()()()!n n n S n n e F x P N n F x F x n λλ-∞ ∞ =====∑∑ *0 ()()!n n S n e f x f x n λλ-∞ ==∑ 定理3.1 设12,,,n S S S 为相互独立的随机变量，且i S 为参数为i λ，个体索赔分布为()i X f x 的复合泊松分布，1,2i m = ，则 12n S S S S =+++ 服从参数为1 m i i λλ==∑，且1()()i m i X X i f x f x λλ ==∑ 的复合分布。 背景： m 可看成m 个保险保单组合，S 则是这m 个保单组合的总索赔额。 S 也可以看作同一个保单组合在m 个不同年度内的总索赔额 证明：设i S 为参数为i λ的复合泊松分布，S i 的矩母函数为 ()exp[(()1)i i S i X M t M t λ=-。由于12,,,n S S S 为相互独立的随机变量，因此S 的矩母函数为： 1 1 1 1 1 1 ()()() ()() exp(()) exp((()1))m i i i i i i t s ts S m m ts S i i m m i i i i m i i M t E e E e E e M t M t M t λλλλλλλ ======∑=====-=-∏∏∑∑∑ 设1 ()()i m i X X i M t M t λλ==∑ ，由矩母函数的定义知，()X M t 为1()()i m i X X i f t f t λλ==∑ 的矩母函数，因此 ()exp((()1))S X M t M t λ=- 信息系统项目管理师重点知识点：完工概率计算总结 例图： 活动BCD的乐观(m)工期都是9天，最可能(o)工期为12天，最悲观(p)工期都是15天，那么在14天内完成单项活动的概率和完成全部这三项活动的概率是多少 首先计算平均工期（PERT）：公式－－（乐观时间+4*最可能时间+悲观时间）/ 6 (9+4*12+15)/6=12天； 其次计算标准差：公式－－（悲观时间-乐观时间）/ 6 ； (15-9)/6=1天 再计算偏离平均工期：方法－－[给出的天数计算（14）－计算出来的平均工期(12)]/标准差(1) (14-12)/1=2 备注：此时得出来的为几,之后就是使用几西格玛 (Sigma)(1σ=68,37%)(2σ=95.46%)(3σ=99.73%)(6σ=99.99966%百万分之三点四) 计算每一项活动在14天内完工的概率是：方法－－正态分布概率+西格玛/偏离平均工期数 50%+95.46%/2=97.73% 备注：50%参考正态分布图，95.46参考2西格玛值； 计算全部活动在14天内完工概率是：方法－－每一项活动的概率相乘 97.73%*97.73%*97.73%＝93.34% 下图为简要正态分布图： 备注：正态分布有50%成功，有50%不成功 如计算将上面的14天，修改为13天； 偏离平均工期就是1天，计算方法：(13-12)/1=1天，则应该使用1西格玛； 计算每一项活动在13天内完工的概率是：方法－－正态分布概率+西格玛/偏离平均工期数 50%+68.37%/2=84.19% 备注：50%参考正态分布图，68.37参考1西格玛值； 计算全部活动在13天内完工概率是：方法－－每一项活动的概率相乘 84.19%*84.19%*84.19%＝59.67% 如果计算为11－15天的概率：最小值的概率+最大值的概率 68.37/2+99.75/2=84.06% 正确理解泊松分布 很多人在上概率论这门课的时候就没搞明白过泊松分布到底是怎么回事，至少我就是如此。虽然那个时候大家都会背“当试验的次数趋于无穷大，而乘积np 固定时，二项分布收敛于泊松分布”，大部分的教科书上也都会给出这个收敛过程的数学推导，但是看懂它和真正理解还有很大距离。如果我们学习的意义是为了通过考试，那么我们大可停留在“只会做题”的阶段，因为试卷上不会出现“请发表一下你对泊松公式的看法”这样的题目，因为那样一来卷子就变得不容易批改。所以现在的大部分考试都会出一些客观题，比如到底是泊松分布还是肉松分布。而如果我们学习的目的是为了理解一样东西，那么我们就有必要停下来去思考一下诸如“为什么要有泊松分布？”、“泊松分布的物理意义是什么？”这样的“哲学”问题。 如果我们要向一个石器时代的人解释什么是电话，我们一定会说：“电话是一种机器，两个距离很远的人可以通过它进行交谈”，而不会说：“电话在1876年由贝尔发明，一台电话由几个部分构成……”（泊松分布在1876年由泊松提出，泊松分布的公式是……）所以我们问的第一个问题应该是“泊松分布能拿来干嘛？” 泊松分布最常见的一个应用就是，它作为了排队论的一个输入。什么是排队论？比如我们每天去食堂打饭，最头疼的一个问题就是排队，之所以要排队是因为食堂打饭的大叔有限，假设学校有1000个学生，而食堂恰好配了1000个大叔和打饭的窗口，那么就永远不会有人排队。但是出于经营成本方面的考虑食堂通常不会这么干，因此如何控制窗口的数量并且保证学生不会因为排队时间太长而起义是一门很高深的学问。 在一段时间t （比如1个小时）内来到食堂就餐的学生数量肯定不会是一个常数，（比如一直是200人），而应该符合某种随机规律：比如1个小时内来200个学生的概率是10%，来180个学生的概率是20%……一般认为，这种随机规律服从的就是泊松分布。 也就是在单位时间内有k 个学生到达的概率为： ,...1,0,! )(==-k k e k f k λλ 其中λ为单位时间内学生的期望到达人数。 问题是“这个式子是怎么来的呢？”——我们知道泊松分布是二项分布满足某种条件的一个特殊形式，因此可以先从简单的二项分布入手，寻找两者之间的联系。 二项分布很容易理解，比如一个牛仔一枪打中靶子的概率是p ，如果我们让他开10枪，如果每击中一次目标就得一分，问他一共能得几分？虽然我们不能在牛仔射击前准确地预测出具体的得分k ，但可以求出k 的概率分布，比如k=9的概率是50%，k=8的概率是30%……并且根据k 的分布来判断他的枪法如何，这便是概率统计的思想。 具体计算的方法就是求出“得k 分”的概率。比如“得9分”可以是“射失第一发，而命中其余的9发”，它的概率是p 的9次方乘上（1-p ），当然，可能情况不只这种，我们用X 代表“没命中”，O 代表“命中”，“得9分”所有的可能的情况如下： XOOOO OOOOO OXOOO OOOOO OOXOO OOOOO 复合泊松过程模型的推广和在R语言环境下的随机模拟0 引言 对保险人而言，资产和负债是影响保险人稳定经营至关重要的因素。资产和负债的差额称为盈余，简记作： U(t)=A(t)?L(t),t>0 其中A(t)表示时刻t的资产，L(t)表示时刻t的负债，t=0时刻的盈余被称为初始盈余，简记为u，即U(0)=u。对这个初步的理论模型进行简化并根据实际情况设置一些假定情况，会得出很多不同的盈余过程模型，最经典的有Sparre Andersen的古典盈余过程模型： U(t)=u+ct?S(t);t≥0,u≥0,c>0 这是一个以u为初值，以时间t为指标集的随机过程。其中{S(t),t>0}称为总理赔过程，满足： S(t)={X1+X2+…+XN(t)0,N(t)>0,N(t)=0 N(t)表示[0,t]内的总理赔次数，Xi表示[0,t]内第i次理赔的金额。 根据这个古典盈余过程模型可以引出破产模型，在这个盈余过程模型中，一方面有连续不断的保费收入并以速度c进行积累，另一方面则是不断会有理赔需要支付，因此这是一个不断跳跃变化的过程。从保险人的角度来看，当然希望ct?S(t)恒大于0，否则就有可能出现U(t)<0的情况，这种情况可以定义为理论意义上的破产，以示与实际中的破产相区分，本文中后面出现的“破产”在没有特殊说明的情况下都是指这种理论情况。从研究保险人破产角度出发，可以把这个盈余过程模型看做是一个特殊的破产模型。 1 第一个推广的破产模型 在以上经典模型中，假设了保费收入速度是均匀的，而在实际中，在控制保费c的条件下，保单到达的时刻应该是一个离散的随机过程。根据现实经验，考虑一段很短的时间间隔中，认为保单到达的概率较小，而时间间隔数量可以非常之多且不清楚具体是多少，在概率论中一般用泊松分布来刻画这种概率分布，所以初步认为一段时间内保单到达的数量服从泊松分布。 同样地，由于理赔发生的概率远比保单发生的概率低，因此可以认为理赔发生的次数服从另一个独立的泊松分布。选取泊松分布来刻画这两个时间间隔的另一个原因是泊松分布具有一些优良的数学性质，便于分析和计算。根据泊松分布的性质，保单到达和理赔到达的时刻是两个独立的泊松过程。 另外，一般一款保险产品，它的保费往往是固定的，所以用固定的c来表示符合现实情况，而理赔金额往往根据发生事故的严重程度而定，可以认为每次理赔的金额服从一个独立的取值为非负的分布，根据经验，这个分布大致的要求是较高的概率 正态分布的推导 斯特林(Stirling)公式的推导 斯特林（Stirling）公式： 这个公式的推导过程大体来说是先设一个套，再兜个圈把结果套进来，同时把公式算出来。Stirling太强了。 1，Wallis公式 证明过程很简单，分部积分就可以了。 由x的取值可得如下结论： 即 化简得 当k无限大时，取极限可知中间式子为1。所以 第一部分到此结束，k!被引入一个等式之中。 2，Stirling公式的求解 继续兜圈。 关于lnX的图像的面积，可以有三种求法，分别是积分，内接梯形分隔，外切梯形分隔。分别是： 显然， 代入第一部分最后公式得 （注：上式中第一个beta为平方） 所以得公式： 正态分布推导 在一本俄国的概率教材上看到以下一段精彩的推导，才知道原来所谓正态分布并不是哪位数学家一拍脑门想起来的。记得大学时的教材上只告诉了我们在抽样实验中当样本总量很大时，随机变量就服从正态分布，至于正态分布是怎么来的一点都不提。大学之前，我始终坚信数学是世界上最精致的艺术。但是上了大学之后，发现很多数学上很多问题教材中都是语焉不详，而且很多定义没有任何说明的就出来了，就像一致连续，一致收敛之类的，显得是那么的突兀。这时候数学就像数学老师一样蛮横，让我对数学极其反感，足足有四年之久。只到前些日子，在CSDN上读到孟岩的一篇并于矩阵的文章，才重新对数学发生兴趣。最近又读到了齐民友所写的《重温微积分》以及施利亚耶夫所写的《概率》，才知道原来每一个定义，和每一个定理都有它的价值和意义。 前几天在网上遇到老文，小小的探讨了一下这个问题，顺便问起他斯特林公式的证明过程。他说碰巧最近很是在研究这个公式，就写出来放在百度上以供来者瞻仰吧。于是就有了这篇文章： 斯特林(Stirling)公式的推导 如果哪位在读本篇之前想要知道斯特林公式是怎么来的，请阅读之。 本来是想和老文一块发的，怎奈一个小小的公式编辑器让我费了两个晚上才搞定。于是直至今日，方才有这篇小文字。 本篇是斯特林公式的一个应用。本篇的推导全部抄自施利亚耶夫著《概率》，本文的证明完成了棣莫弗——拉普拉斯定理推导的前半部分，后半部分以及其与伯努利大数定律的关系在以后再往上贴吧。其实也不是很难，自己动动手也是能推出来的。 这次推导可以说是“连续性随机变量”第一次出现在该书中，作为理解连续性随机变量的基础，正态分布是十分重要的。 斯特林公式： 根据斯特林公式, 利用Excel的NORMSDIST函数建立正态 分布表 董大钧，乔莉 沈阳理工大学应用技术学院、信息与控制分院，辽宁抚顺113122 摘要：利用Excel办公软件特有的NORMSDIST函数可以很准确方便的建立正态分布表、查找某分位数点的正态分布概率值,极大的提高了数理统计的效率。该函数可返回指定平均值和标准偏差的正态分布函数，将其引入到统计及数据分析处理过程中，代替原有的手工查找正态分布表，除具有直观、形象、易用等特点外,更增加了动态功能,极大提高了工作效率及准确性。 关键词：Excel；正态分布；函数；统计 引言 正态分布是应用最广泛的连续概率分布，生产与科学实验中很多随机变量的概率分布都可以近似地用正态分布来描述。例如，在生产条件不变的情况下，某种产品的张力、抗压强度、口径、长度等指标；同一种生物体的身长、体重等指标；同一种种子的重量；测量同一物体的误差；弹着点沿某一方向的偏差；某个地区的年降水量；以及理想气体分子的速度分量等等。一般来说，如果一个量是由许多微小的独立随机因素影响的结果，那么就可以认为这个量具有正态分布。从理论上看，正态分布具有很多良好的性质，许多概率分布可以用它来近似；还有一些常用的概率分布是由它直接导出的，例如对数正态分布、t分布、F分布等。在科学研究及数理统计计算过程中，人们往往要通过某本概率统计教材附录中的正态分布表去查找，非常麻烦。若手头有计算机，并安装有Excel软件，就可以利用Excel的NORMSDIST( x )函数进行计算某分位数点的正态分布概率值，或建立一个正态分布表，准确又方便。 1 正态分布及其应用 正态分布（normal distribution）又名高斯分布（Gaussian distribution），是一个在数学、物理及工程等领域都非常重要的概率分布，在统计学的许多方面有着重大的影响力。若随机变量X服从一个数学期望为μ、标准方差为σ2的高斯分布，记为N(μ，σ2 )。则其概率密度 复合泊松模型 ----------破产概率估计 关键词：复合泊松过程正态特征函数估计 一、复合泊松过程的定义及性质 1.泊松过程： 满足下列三条件的随机过程X={X(t),t≥0}叫做泊松过程。①P(X(0)=0)=1。②不相交区间上增量相互独立，即对一切0≤t1 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software https://www.wendangku.net/doc/f34833259.html, For evaluation only. 图 6-2 正态分布概率密度函数的曲线 正态曲线可用方程式表示。当n→∞时，可由二项分布概率函数方程推导出正态分布曲线的方程： f(x)= （6.16 ） 式中： x —所研究的变数； f(x) —某一定值 x 出现的函数值，一般称为概率密度函数（由于间断性分布已转变成连续性分布，因而我们只能计算变量落在某一区间的概率，不能计算变量取某一值，即某一点时的概率，所以用“概率密度”一词以与概率相区分），相当于曲线 x 值的纵轴高度； p —常数，等于 3.14 159 ……； e —常数，等于 2.71828 ……；μ为总体参数，是所研究总体的平均数，不同的正态总体具有不同的μ，但对某一定总体的μ是一个常数；δ也为总体参数，表示所研究总体的标准差，不同的正态总体具有不同的δ，但对某一定总体的δ是一个常数。 上述公式表示随机变数 x 的分布叫作正态分布，记作 N( μ , δ2 ) ，读作“具平均数为μ，方差为δ 2 的正态分布”。正态分布概率密度函数的曲线叫正态曲线，形状见图 6-2 。 （二）正态分布的特性 1 、正态分布曲线是以 x= μ为对称轴，向左右两侧作对称分布。因的数值无论正负，只要其绝对值相等，代入公式（ 6.16 ）所得的 f(x) 是相等的，即在平均数μ的左方或右方，只要距离相等，其 f(x) 就相等，因此其分布是对称的。在正态分布下，算术平均数、中位数、众数三者合一位于μ点上。 2 、正态分布曲线有一个高峰。随机变数 x 的取值范围为（ - ∞，+ ∞ ），在（ - ∞ ，μ）正态曲线随 x 的增大而上升，；当 x= μ时， f(x) 最大；在（μ，+ ∞ ）曲线随 x 的增大而下降。 3 、正态曲线在︱x-μ︱=1 δ处有拐点。曲线向左右两侧伸展，当x →± ∞ 时，f(x) →0 ，但 f(x) 值恒不等于零，曲线是以 x 轴为渐进线，所以曲线全距从 -∞到+ ∞。 4 、正态曲线是由μ和δ两个参数来确定的，其中μ确定曲线在 x 轴上的位置 [ 图 6-3] ，δ确定它的变异程度 [ 图 6-4] 。μ和δ不同时，就会有不同的曲线位置和变异程度。所以，正态分布曲线不只是一条曲线，而是一系列曲线。任何一条特定的正态曲线只有在其μ和δ确定以后才能确定。 5 、正态分布曲线是二项分布的极限曲线，二项分布的总概率等于 1 ，正态分布与 x 轴之间的总概率（所研究总体的全部变量出现的概率总和）或总面积也应该是等于 1 。而变量 x 出现在任两个定值 x1到x2(x1≠x2)之间的概率，等于这两个定值之间的面积占总面积的成数或百分比。正态曲线的任何两个定值间的概率或面积，完全由曲线的μ和δ确定。常用的理论面积或概率如下： 区间μ ± 1 δ面积或概率 =0.6826 μ ± 2 δ =0.9545 μ ± 3 δ=0.9973 μ± 1.960δ=0.9500 μ ±2.576 δ =0.9900 §7.2 球面平均法和泊松公式 一 本节主要思想 （1）对三维波动方程的初值问题，先假设已知空间某一点(,,)M x y z 的振动(,,,)u x y z t ，然后以M 点为发射子波的波源，根据球面波的对称性，可根据加权平均的思想来考察球面M r S 的平均振动(,)u r t ，从而将问题归结为两个自变量的一维波动方程，最后采用极限的思想，令0r =，即可得到M 点的振动(,,,)u x y z t ． （2）对二维波动方程的初值问题，采用将其上升到三维空间的思想，根据已有的三维波动方程的泊松公式，获得此问题的三维解，再采用降维法，最终获得二维解． 二 三维波动方程的初值问题，泊松公式 １三维波动方程初值问题解的泊松公式 考察三维波动方程的初值问题： 200(,,),(,,)tt t t t u a u u x y z u x y z ?ψ==?=???==?? 0,,,(1),,(2) t x y z x y z >-∞<<∞-∞<<∞ 以M r S 表示以点(,,)M x y z 为心，半径为r 的球面，以d ω表示1S 的面元，则r S 的面元2dS r d ω=． 注：22sin sin d d d dS r d dS r d d ωθθ? ωθθ?=??=?=? 下面用加权平均的思想（即球面平均法）求函数(,,,)u x y z t 在球面M r S 上的平均值(,)u r t ： 21 (,)(,,,)(3)4M r s u r t u t dS r ξηζπ=?? 123123(,,),,,,(4) sin cos ,sin sin ,cos (5) M r S x r y r z r ξηζξαηαζααθ?αθ?αθ∈=+=+=+===． 注：（4）、（5）实际上是球的参数方程的表达式 （3）式也可写成 1231(,)(,,,)4M r s u r t u x r y r z r t d αααωπ= +++??， 注：由于2221sin ,dS r d d r d dr r θθ?ω==不含故可将 放入积分号中，与2r 正好约掉． 由此可知0(,,,)r u u x y z t ==，所以，为了求u 可以先求u 下面就来讨论如何求u ： 注意到r = 《统计计算》案例１,吕晓玲 应用潜在分类泊松回归模型及ＥＭ算法分析陈述偏好数据: 以网络购物使用次数为例 1． 问题提出 随着网络的兴起，网上购物已经在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。网上购物以其方便快捷等特点吸引了很多购物者,但是也有一些人质疑网上购物安全性、不可触摸性等问题。影响人们选择网上购物的因素有很多，不同的人对网上购物也有不同的态度。大学生是网络购物这个群体的很重要的一部分，什么因素影响大学生对网络购物的选择？大学生由于对网络购物的态度取向不同可分为多少潜在的类别?本文应用陈述偏好方法（stat ｅd pr ｅｆerenc ｅ met ｈｏｄ)收集大学生网上购物的数据,并应用潜在分类泊松回归模型（l ａｔent ｃla ｓｓ P ｏi ｓs ｏｎ ｒe ｇｒession mode ｌ)及EM 算法分析数据，回答以上两个问题。 ２. 数据收集 源于心理学的陈述偏好调查已经被市场营销中研究消费者行为广泛应用。虽然在进行每个具体研究时操作不尽相同，总的原则是事先设定几个重要因素,每个因素有若干水平,然后提出一些假想情景，每个情景是这些因素不同水平的组合。受访者按照他们的喜好给不同的情景打分或者排序。研究者应用模型分析数据,寻找各因素的重要性。 为了确定影响网络购物的重要因素，我们首先开展了预调查，针对购买商品的种类、价格、邮费、卖家信用度、介绍商品详细程度以及网上购物节省时间和到货时间等因素对大学生进行了调查，并应用简单统计分析得到了对网上购物次数影响比较显著的四个因素,分别是购买商品的种类、价格、卖家信誉度以及介绍商品的详细程度。具体因素和因素水平如下所示: 种类:服饰,化妆品,文体 价格:50元,1００元，150元，200元,250元 卖家或网站的信誉度：１，2,3,4，5 介绍商品的详细程度：１，2,3,４,5 若每一种组合都进行调查则共有3555225???=组合，在这里运用了正交设计的方法进行试验设计，共进行75种不同的组合，将这75种组合分成25组，每组中包含3个场景(分别为3个不同的种类），每一个被调查者将被给定3个不同的场景。每个被调查者回答的问题是在特定的场景能够在十次购物中选择网上购物的可能次数。我们总共访问了197名在京大学生,得到了在588种场景下他们对网络购物的使用情况的有效回答。 3. 模型介绍 市场营销中常用的分析陈述偏好数据的方法是联合分析（c ｏnjoi ｎt an ａly ｓis ），我们这里使用泊松回归模型，因为：（1)因变量不是受访者对场景的排序,而是使用网络购物的次数,它是一个取值为离散整数的变量,可以假设服从泊松分布;（2）可以对泊松回归模型进一步应用潜在分类模型分析受访者的异质性。我们首先介绍泊松回归模型和潜在分类模型，然后介绍如何应用最大似然法和EM 算法估计参数。 令ij Y 为第i （I i ,...,1=）个个体在面临第j （J j ,...,1=)种场景时的选择，服从参数为ij λ的泊松分布。因为从平均的意义上来讲，ij λ取值越大意味着受访者越倾向于多次使用泊松分布的概念及表和查表方法
复合泊松过程应用问题
标准正态分布的密度函数样本
泊松方程
复合泊松过程的实现
泊松方程
数学分布(泊松分布、二项分布、正态分布、均匀分布、指数分布) 生存分析 贝叶斯概率公式 全概率公式讲解
泊松分布及其应用研究
复合泊松分布
正态分布、概率
简单理解泊松分布
复合泊松过程模型的推广和在R语言环境下的随机模拟
正态分布推导72927
利用Excel的NORMSDIST计算正态分布函数表1
(完整版)复合泊松模型下破产概率估计
正态分布概率公式(部分)
图 62正态分布概率密度函数的曲线 正态曲线可用方程式表示。 n 当 →∞时，可由二项分布概率函数方程推导出正态 分布曲线的方程：
fx= （61 ） () .6
式中： x—所研究的变数； fx —某一定值 x出现的函数值，一般称为概率 () 密度函数 （由于间断性分布已转变成连续性分布，因而我们只能计算变量落在某 一区间的概率， 不能计算变量取某一值， 即某一点时的概率， 所以用 “概率密度” 一词以与概率相区分），相当于曲线 x值的纵轴高度； p—常数，等于 31 .4 19……； e— 常数，等于 2788……； μ 为总体参数，是所研究总体 5 .12 的平均数， 不同的正态总体具有不同的 μ ， 但对某一定总体的 μ 是一个常数； δ 也为总体参数， 表示所研究总体的标准差， 不同的正态总体具有不同的 δ ， 但对某一定总体的 δ 是一个常数。 上述公式表示随机变数 x的分布叫作正态分布， 记作 N μ ,δ2 )， “具 ( 读作 2 平均数为 μ，方差为 δ 的正态分布”。正态分布概率密度函数的曲线叫正态 曲线，形状见图 62。 （二）正态分布的特性
1、正态分布曲线是以 x μ 为对称轴，向左右两侧作对称分布。因 =
的
数值无论正负， 只要其绝对值相等， 代入公式 61 ） （ .6 所得的 fx 是相等的， () 即在平均数 μ 的左方或右方，只要距离相等，其 fx 就相等，因此其分布是 () 对称的。在正态分布下，算术平均数、中位数、众数三者合一位于 μ 点上。正态分布概率公式(部分)
球面平均法和泊松公式
应用潜在分类泊松回归模型及EM算法分析陈述偏好数据：