ErlangDistribution[k,λ]
表示形状参数为 k、比率为 λ 的 Erlang 分布.
ErlangDistribution
ErlangDistribution[k,λ]
表示形状参数为 k、比率为 λ 的 Erlang 分布.
更多信息
- 在 Erlang 分布中,值
的概率密度当
时与
成正比,当
时为零. - ErlangDistribution[k,λ] 等价于 TransformedDistribution[x1+…+xk,…],其中各个 xi 都服从ExponentialDistribution[λ].
- ErlangDistribution 允许 k 为任意正整数,λ 为任意正实数.
- ErlangDistribution 允许 λ 为任意单位维度的数量,且 k 为无量纲的数量. »
- ErlangDistribution 可与 Mean、CDF 和 RandomVariate 等函数联合使用.
背景
- ErlangDistribution[k,λ] 表示一个区间
上的由两个值 k 和 λ 参数化的连续统计分布. 它被定义为 k 个独立且恒等分布的随机变量
的和的分布,其中每个变量的分布是 XiExponentialDistribution[λ]. 这里,k 是正整数而 λ 是决定相关概率密度函数整体高度/坡度的正实数“服务率”. 这个厄兰分布的概率密度函数是连续的并且是单峰或单调递减的,在接近定义域下限处,可能会有一个断点. 另外,对于较大的
值,由于 PDF 按代数式减小,而不是指数式减小,PDF 的尾显得较“胖”. (通过分析分布的 SurvivalFunction,这种行为可被定量确定.) - 厄兰分布是由丹麦数学家和统计学家 Agner Krarup Erlang 在1900年代早期作为对电话频率建模的工具而提出的. 在随后的几年中,厄兰分布成为了排队论,特别是给定其当前系统状态的情况下对排队等待时间建模的常用工具. 例如,进入一个已经有三个人在等待的排队之前,预计等待时间
应该满足 TErlangDistribution[3,λ],其中 λ 是每个人的服务时间的均值的倒数. - RandomVariate 可用于从一个厄兰分布中给出一个或多个机器精度或任意精度(后者通过 WorkingPrecision 选项)伪随机变量. Distributed[x,ErlangDistribution[k,λ]],更简洁的写作 xErlangDistribution[k,λ], 可用于声称一个随机变量 x 的分布是否符合厄兰分布. 这样的声称可用于如 Probability、 NProbability、 Expectation 和 NExpectation.
- 概率密度和累积分布函数可由 PDF[ErlangDistribution[k,λ],x] 和 CDF[ErlangDistribution[k,λ],x] 给出. 均值、中位数、方差、原始矩和中心矩分别可以通过 Mean、 Median、 Variance、 Moment 和 CentralMoment 计算出.
- DistributionFitTest 可用于检验一个给定数据集是否与厄兰分布一致,EstimatedDistribution 可用于估计给定数据的一个厄兰参数化分布,FindDistributionParameters 可用于拟合数据至厄兰分布. ProbabilityPlot 可用于生成给定数据的 CDF 对符号化厄兰分布的绘图,而 QuantilePlot 可用于生成给定数据的分位数对符号化厄兰分布的分位数的绘图.
- TransformedDistribution 可用于表示一个变换厄兰分布,CensoredDistribution 可用于表示在上限值和下限值之间截断的值的分布,而 TruncatedDistribution 可用于表示在上限值和下限值之间截尾的值的分布. CopulaDistribution 可用于构建含有一个厄兰分布的更高维度分布,ProductDistribution 可用于计算一个有涉及厄兰分布的独立组分分布的联合分布.
- 厄兰分布与一些其他分布有关,包括指数分布(通过其定义). ErlangDistribution 还是 GammaDistribution 和 PearsonDistribution 的特殊情况,就这种意义而言 GammaDistribution[k, 1/λ] 和 PearsonDistribution[3, 1,(-k + 1)/λ, 0, 1/λ, 0] 的 PDF 都恰和 ErlangDistribution[k,λ] 的 PDF 相同. 当 k 趋于 Infinity 时 ErlangDistribution[k,λ] 收敛至 NormalDistribution[k/λ,
/λ],而 ParetoDistribution 可以作为 ExponentialDistribution 和 ErlangDistribution 的系数获取. 此外, ErlangDistribution 与变换 ChiSquareDistribution 相关,通过变换 ChiSquareDistribution 它承袭同 NormalDistribution、 LogNormalDistribution、 RayleighDistribution、 WeibullDistribution 和 MaxwellDistribution 的关系.
范例
打开所有单元 关闭所有单元基本范例 (4)
Plot[Table[PDF[ErlangDistribution[k, .3], x], {k, {1, 3, 5}}]//Evaluate, {x, 0, 22}, Filling -> Axis]Plot[Table[PDF[ErlangDistribution[4, λ], x], {λ, {0.5, 1, 2}}]//Evaluate, {x, 0, 15}, Filling -> Axis, PlotRange -> All]PDF[ErlangDistribution[k, λ], x]Plot[Table[CDF[ErlangDistribution[k, .3], x], {k, {1, 3, 5}}]//Evaluate, {x, 0, 22}, Filling -> Axis]Plot[Table[CDF[ErlangDistribution[4, λ], x], {λ, {0.5, 1, 2}}]//Evaluate, {x, 0, 15}, Filling -> Axis, PlotRange -> All]CDF[ErlangDistribution[k, λ], x]Mean[ErlangDistribution[k, λ]]Variance[ErlangDistribution[k, λ]]Median[ErlangDistribution[k, λ]]范围 (8)
data = RandomVariate[ErlangDistribution[4, 0.5], 10 ^ 4];Show[
Histogram[data, 15, "PDF"],
Plot[PDF[ErlangDistribution[4, 0.5], x], {x, 0, 20}, PlotStyle -> Thick]]sample = RandomVariate[ErlangDistribution[2, 5.5], 10 ^ 3];edist = EstimatedDistribution[sample, ErlangDistribution[k, λ]]Show[Histogram[sample, Automatic, "PDF"], Plot[PDF[edist, x], {x, 0, 1.5}, PlotStyle -> Thick]]DiscretePlot[Skewness[ErlangDistribution[k, λ]], {k, 1, 10}, PlotStyle -> PointSize[Medium]]Skewness[ErlangDistribution[k, λ]]Limit[Skewness[ErlangDistribution[k, λ]], k -> ∞]DiscretePlot[Kurtosis[ErlangDistribution[k, λ]], {k, 1, 8}, PlotStyle -> PointSize[Medium]]Kurtosis[ErlangDistribution[k, λ]]当 k 增长时,峰度接近于 NormalDistribution 的峰度:
Limit[Kurtosis[ErlangDistribution[k, λ]], k -> ∞]FormulaGrid[list_, type_] := Grid[...]FormulaGrid[Table[Moment[ErlangDistribution[k, λ], r], {r, 3}], M]Moment[ErlangDistribution[k, λ], r]FormulaGrid[Table[CentralMoment[ErlangDistribution[k, λ], r]//Factor, {r, 3}], CM]CentralMoment[ErlangDistribution[k, λ], r]FormulaGrid[Table[FactorialMoment[ErlangDistribution[k, λ], r]//FullSimplify, {r, 3}], FM]FormulaGrid[Table[Cumulant[ErlangDistribution[k, λ], r], {r, 3}], C]Cumulant[ErlangDistribution[k, λ], r]Plot[Table[HazardFunction[ErlangDistribution[10, λ], x], {λ, {1, 1.5, 2}}]//Evaluate, {x, 0, 40}, Filling -> Axis]Plot[Table[HazardFunction[ErlangDistribution[k, .3], x], {k, {2, 3, 5}}]//Evaluate, {x, 0, 40}, Filling -> Axis]HazardFunction[ErlangDistribution[k, λ], x]Plot[Table[Quantile[ErlangDistribution[k, 4], q], {k, {1, 3, 5}}]//Evaluate, {q, 0, 1}, Filling -> Axis]Plot[Table[Quantile[ErlangDistribution[10, λ], q], {λ, {.1, .3, .5}}]//Evaluate, {q, 0, 1}, Filling -> Axis]Quantile[ErlangDistribution[k, λ], q]频繁在参数中使用 Quantity 会产生分布 QuantityDistribution:
time𝒟 = ErlangDistribution[3, Quantity[5, 1 / "Minutes"]]UnitConvert[time𝒟, "Seconds"]应用 (5)
假设由交通信号灯引起的延迟时间服从指数分布,其中平均延迟时间为 0.5 分钟. 一位司机必须在穿过7个不同步的交通信号灯的路线上行驶. 求通过所有信号灯引起的延迟时间的分布:
Mean[ExponentialDistribution[λ]] == Quantity[0.5, "Minutes"]trafficDelayDistribution = ErlangDistribution[7, Quantity[2, 1/"Minutes"]];Probability[d > Quantity[5, "Minutes"], dtrafficDelayDistribution]N[%]假设每通电话的持续时间服从指数分布. 一通电话的平均持续时间长度是 3.7 分钟. 求连续 9 通电话总的持续时间长于 25 分钟的概率:
Mean[ExponentialDistribution[λ]] == Quantity[3.7, "Minutes"]NSolve[%, λ]phoneDurationDistribution = (ErlangDistribution[9, λ] /. First[%])NProbability[d > Quantity[25, "Minutes"], dphoneDurationDistribution]假设在一个逻辑元件中的时间延迟服从指数分布,并且平均延迟时间是
秒. 在一个组合逻辑网络中最长的逻辑元件序列是6. 求通过所有六个元件的时间延迟长于
秒的概率:
Mean[ExponentialDistribution[λ]] == Quantity[1/1000000000, "Seconds"]NSolve[%, λ]logicDelayDistribution = (ErlangDistribution[6, λ] /. First[%])Probability[d > Quantity[8.5 10^-9, "Seconds"], dlogicDelayDistribution]一个设备具有 3 个生命期阶段:A、B和 C. 每个阶段所花的时间服从均值为 10 小时的指数分布;在阶段C后出现失效. 求该设备失效时间的分布:
𝒟 = ErlangDistribution[3, Quantity[1/10, 1/"Hours"]];Plot[PDF[𝒟, Quantity[x, "Hours"]], {x, 0, 70}, Filling -> Axis, AxesLabel -> {"h"}]Mean[𝒟]NProbability[x ≥ Quantity[40, "Hours"], x𝒟]ListPlot[{RandomVariate[𝒟, 30], {{0, Mean[𝒟]}, {30, Mean[𝒟]}}}, Filling -> Axis, Joined -> {False, True}, AxesOrigin -> {0, 0}, AxesLabel -> Automatic]一个系统开始有10个设备;一个处于激活状态,剩余9个处于备用状态. 每个设备的生命期服从ExponentialDistribution,其中参数
. 当一个设备失效时,如果还有其它可用设备的话,它马上被其它可用设备替换. 那么该系统的生命期服从分布:
𝒟 = ErlangDistribution[10, Quantity[1/300, 1/"Hours"]];Plot[SurvivalFunction[𝒟, Quantity[x, "Hours"]], {x, 0, 7000}, Filling -> Axis, AxesLabel -> {"h"}]Mean[𝒟]Probability[x ≥ Quantity[5000, "Hours"], x𝒟]N[%]ListPlot[{RandomVariate[𝒟, 30], {{0, Mean[𝒟]}, {30, Mean[𝒟]}}}, Filling -> Axis, Joined -> {False, True}, AxesOrigin -> {0, 0}, AxesLabel -> Automatic]属性和关系 (9)
当使用一个正因子为比例进行缩放时,新生成的分布仍然是 Erlang 分布:
TransformedDistribution[a * u, uErlangDistribution[k, λ]]TransformedDistribution[u + v, {uErlangDistribution[Subscript[k, 1], λ], vErlangDistribution[Subscript[k, 2], λ]}]CharacteristicFunction[ErlangDistribution[k, λ], t] ^ n//PowerExpandCharacteristicFunction[ErlangDistribution[ n k, λ], t]FullSimplify[% - %%]当 k->∞ 时,ErlangDistribution[k,λ] 收敛为正态分布:
{μ, σ} = {Mean[ErlangDistribution[k, λ]], Sqrt[Variance[ErlangDistribution[k, λ]]]}Block[{λ = 0.01}, Table[Plot[{PDF[ErlangDistribution[k, λ], x], PDF[NormalDistribution[μ, σ], x]}, {x, μ - 2σ, μ + 2σ}, AxesOrigin -> {μ - 3σ, 0}, Ticks -> {{{μ - 2σ, HoldForm[μ - 2σ]}, {μ, HoldForm[μ]}, {μ + 2σ, HoldForm[μ + 2σ]}}, Automatic}, PlotLabel -> k], {k, {5, 10, 25, 100}}]]
k 个服从 ExponentialDistribution 的变量的和为 Erlang 分布:
CharacteristicFunction[ExponentialDistribution[λ], t] ^ kCharacteristicFunction[ErlangDistribution[k, λ], t]% - %% //FullSimplify[#, Element[k, Integers]]&TransformedDistribution[u + v + w, {u, v, w}ProductDistribution[{ExponentialDistribution[λ], 3}]]Erlang 分布是第3类 PearsonDistribution 的特殊情况:
PDF[PearsonDistribution[3, 1, (-k + 1/λ), 0, (1/λ), 0], x]//Refine[#, λ > 0]&PDF[ErlangDistribution[k, λ], x]//Refine[#, λ > 0]&% - %%//FullSimplify[#, λ > 0]&Erlang 分布是 GammaDistribution 的一个特例:
PDF[ErlangDistribution[k, λ], x]PDF[GammaDistribution[k, 1 / λ], x]//PowerExpand% - %%//SimplifyParetoDistribution 可以从 ExponentialDistribution 和 ErlangDistribution 的商得到:
𝒟 = TransformedDistribution[u / v, {uExponentialDistribution[λ], vErlangDistribution[n, λ]}];PDF[𝒟, x]PDF[ParetoDistribution[1, n, 0], x]FullSimplify[% - %%, x ≠ 0]ParetoDistribution 可以作为 ErlangDistribution 的商而得:
TransformedDistribution[u / v, {uErlangDistribution[1, a], vErlangDistribution[1, b]}]巧妙范例 (1)
cdf = Function[{x, λ}, Evaluate[CDF[ErlangDistribution[3, λ], x]]];
ql = {0.025, 0.10, 0.25, 0.5, 0.75, 0.90, 0.975};
cl = Table[ColorData["Rainbow"][q], {q, Join[{0.0}, ql]}];Legended[Plot3D[PDF[ErlangDistribution[3, λ], x], {x, 0, 4}, {λ, 0.2, 4}, PlotTheme -> "Marketing", MeshFunctions -> {cdf}, Mesh -> {ql}, MeshStyle -> GrayLevel[0.8], MeshShading -> cl, AxesLabel -> Automatic, PlotPoints -> 100, BaseStyle -> Opacity[0.9], ImageSize -> 400, PlotRange -> {0, 1.2}], BarLegend["Rainbow", ql, LegendLabel -> "prob"]]相关指南
-
▪
- 用于可靠性分析中的分布 ▪
- 排队过程 ▪
- 指数相关分布 ▪
- 通信系统的分布 ▪
- 参数统计分布
文本
Wolfram Research (2010),ErlangDistribution,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/ErlangDistribution.html (更新于 2016 年).
CMS
Wolfram 语言. 2010. "ErlangDistribution." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. 最新版本 2016. https://reference.wolfram.com/language/ref/ErlangDistribution.html.
APA
Wolfram 语言. (2010). ErlangDistribution. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/ErlangDistribution.html 年
BibTeX
@misc{reference.wolfram_2026_erlangdistribution, author="Wolfram Research", title="{ErlangDistribution}", year="2016", howpublished="\url{https://reference.wolfram.com/language/ref/ErlangDistribution.html}", note=[Accessed: 07-September-2026]}
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