大数定律

Law of Large Numbers
大量测量值的算术平均值具有稳定性,即频率收敛概率

频率的稳定性是概率存在的基础

随机变量序列:
常表示为 X1,X2,⋯,Xn,⋯
其中每一个 Xi 都为随机变量

则称序列依概率收敛X :
设 X1,X2,⋯,Xn,⋯ 为两两互不相关的随机变量序列
对于任意给定的正数 ε, 有 limn→∞P{|Xn−X|<ε}=1

Xn→PX(n→∞)

样本均值代替数学期望

X¯=1n∑k=1nXk→E(X)

三个大数定律结论都相同,只是变换了条件

Chebyshev 大数定律

由切比雪夫不等式得到

X1,X2,⋯,Xn,⋯ 为一列两两不相关的随机变量序列
期望方差均存在,方差有共同的上界

limn→∞P{|1n∑i=1nXi−1n∑i=1nE(Xi)|<ε}=1

推论:
X1,X2,⋯,Xn,⋯ 为一列独立同分布的随机变量序列
期望方差均存在,E(Xi)=μ

limn→∞P{|1n∑i=1nXi−μ|<ε}=1

Bernoulli 大数定律

nA 是 n重伯努利试验中事件 A 发生的次数,p 是事件 A 发生的概率

limn→∞P{|nAn−p|<ε}=1

也就是频率 nAn 趋近于概率 p

Khinchin 大数定律

独立同分布的随机变量的均值收敛到数学期望
(不要求方差存在)
X1,X2,⋯,Xn,⋯ 相互独立,服从同一分布,且具有数学期望 μ
E(Xi)=μ

对于任意 ε>0, 有:

limn→∞P{|1n∑i=1nXi−μ|<ε}=1