Expectation

Expectation[expr,xdist]

假定 x 服从概率分布 dist,给出 expr 的期望值.

Expectation[expr,xdata]

假定 x 服从由 data 给定的概率分布,给出 expr 的期望值.

Expectation[expr,{x1,x2,}dist]

假定 {x1,x2,} 服从多元分布 dist,给出 expr 的期望值.

Expectation[expr,{x1dist1,x2dist2,}]

假定 x1x2 独立且服从分布 dist1dist2,给出 expr 的期望值.

Expectation[exprpred,]

已知 pred,给出 expr 的条件期望值.

更多信息和选项

  • Expectation 也称为期望值.
  • xdist 可以用 x dist distx \[Distributed]dist 输入.
  • exprpred 可以用 expr cond predexpr \[Conditioned]pred 输入.
  • 对于一个连续分布 distexpr 的概率由 给出,其中 dist 的概率密度函数,并且积分在 dist 的定义域上进行.
  • 对于一个离散分布 distexpr 的概率由 给出,其中 dist 的概率密度函数,并且加和在 dist 的定义域上进行.
  • 对于数据集 dataexpr 的期望值由 Sum[expr,{x,data}]/Length[data] 给出.
  • 一元数据以值 {v1,v2,} 的列表形式给出,多元数据以向量 {{v11,,v1m},{v21,,v2m},} 的列表形式给出.
  • Expectation[expr,{x1dist1,x2dist2}] 对应于Expectation[Expectation[expr,x2dist2],x1dist1],因此最后一个变量首先进行加和或积分.
  • 如果无法得到符号式期望值,N[Expectation[]] 将调用 NExpectation. »
  • 可以给定下列选项:
  • Assumptions $Assumptions对参数所做的假定 »
    GenerateConditionsFalse是否生成关于参数的条件
    Method Automatic使用何种方法 »
    TargetUnits Automatic输出中所显示的单位 »

背景

范例

打开所有单元关闭所有单元

基本范例  (3)

计算多项式表达式的期望值:

计算任意表达式的期望值:

计算条件期望值:

范围  (31)

基本用途  (9)

计算连续单变量分布中的一个表达式的期望值:

离散单变量分布:

连续多变量分布:

离散多变量分布:

求由一个列表指定的分布中的一个表达式的期望值:

使用独立分布的随机变量,计算期望值:

在广义非零概率条件下,求条件期望值:

离散单变量分布:

多变量连续分布:

多变量离散分布:

在零概率条件事件下,计算条件期望值:

如果符号式计算失效,应用 N[Expectation[]] 来调用 NExpectation

若无 Assumptions,生成条件:

使用 Assumptions,返回在给定假设下有效的一个结果:

求有理函数的期望值:

超越函数:

分段函数:

复数函数:

计算泊松过程时间切片的期望值:

用于数量  (5)

求出数量表达式的期望值:

求出使用 QuantityDistribution 指定的期望值:

求出条件期望值:

使用 QuantityMagnitude 计算期望值:

等价的计算方法:

计算由 Quantity 数据给出的分布的期望:

QuantityArray 给定的分布:

参数分布  (4)

计算单变量连续分布的期望值:

计算单变量离散分布的期望值:

多变量连续分布的期望值:

多变量离散分布的期望值:

非参数分布  (4)

使用一个单变量 EmpiricalDistribution,计算期望值:

使用多变量经验分布:

使用单变量 HistogramDistribution

多变量直方图分布:

使用一个单变量 KernelMixtureDistribution

使用具有 SurvivalDistribution 的删截数据:

导出分布  (9)

使用 TransformedDistribution 计算期望:

生成相同期望值的等价方式:

使用 ProductDistribution 求期望值:

相同期望值的等价公式:

使用正态分布的分量混合:

指数分布的分量混合:

截断狄利克雷分布:

删截三角分布:

边缘分布:

生成相同期望值的等价方式:

Copula 分布:

公式分布:

推广和延伸  (2)

使用一个纯函数计算一列值的期望值:

计算连续分布和离散分布的混合的期望值:

选项  (6)

Assumptions  (1)

在无 Assumptions 时,生成条件:

如果有 Assumptions,将返回给定假设条件下的有效结果:

Method  (4)

计算多项式函数的期望值:

利用分布的矩得到同样的结果:

利用 Expectation 的积分定义进行运算,速度较慢:

计算超越函数的期望值:

这里由于表达式是一个非多项式,基于矩的方法失败:

利用 Expectation 作为符号式加和的定义可以得到结果:

TukeyLambdaDistribution 中函数的期望值:

该分布的概率密度函数无可用的解析式表示:

因此直接应用定义失败:

期望值可以利用 Quantile 计算:

计算表达式的期望:

该例子使用 Integrate:

使用 Activate 计算结果:

TargetUnits  (1)

创建一个带单位的分布对象:

Expectation 默认使用分布中提供的单位:

"Hours" 指定目标单位:

应用  (20)

分布属性  (5)

获得连续分布的原始矩:

获得离散分布的均值:

获得截断分布的方差:

构造一个混合密度,此处是一个泊松-逆高斯分布的混合:

利用 ParameterMixtureDistribution 直接获得相同的结果:

验证一个凹函数 和一个对数正态分布的詹森(Jensen)不等式

精算学  (5)

一保险单偿付损失的限额最多为10. 保单持有人的损失 所服从分布的密度函数在 时为 ,其它时候为 0. 求该保险单损失支付的期望值:

一保险公司的月索赔额用一个连续正随机变量 模拟,其概率密度函数在 时与 成比例. 求该公司月索赔额的期望值:

投保房屋的风灾索赔额是相互独立的随机变量,具有的共同密度函数为 时为 ,其余时候为 0,其中 是以1000为单位的索赔额. 求最大的三次索赔的期望值:

表示发生事故的一辆投保汽车的年龄. 令 表示车主在发生事故时对汽车投保的时间长度. 具有联合概率密度函数 (当 时),0 (其它情况). 计算发生事故的投保汽车的期望年龄:

在损失再保险协议的免赔限度下,仅当索赔超出一定金额时,承保人与再承保人共同承担索赔支付. 否则,承保人支付全部索赔. 假定索赔服从参数为 的对数正态分布. 计算当保留水平为 时,承保人和再承保人索赔金额的期望值 . 求承保人索赔支付的期望值:

求再承保人对承保人支付金额的期望值:

金融  (2)

计算在时刻 支付的1美元死亡恤金的期望时值,其中 服从 GompertzMakeham分布:

求通常在保险单年度的开始支付的年保费,使得 期支付流的期望时值等于净整付保费(其中 服从 GompertzMakeham 分布):

得到的净年保费:

股票价格在时刻 (单位为年)的比例变化 假定为参数为 的对数正态分布:

计算 时刻的期望股票价格:

假设投资者可以股息收益率 ,复利年利率为 无风险地连续投资一年,风险中性定价条件要求:

求参数

考虑一个一年后以固定价格 购买该股票的期权. 期权的价值等于:

我们再来考虑一年后以固定价格 卖出该股票的期权. 期权的价值为:

看涨看跌期权的风险中性价格由期望期权值的现值决定:

现在,你可以得出著名的买卖权平价关系

假定利率 为 5%,股息收益率为2%,波动参数 为 0.087,每支股票的初始价格为200美元,行使价为每股190美元,则 BlackScholes 看涨看跌期权价格为:

可以将上述结果与 FinancialDerivative 进行比较:

风险与可靠性  (2)

研究指数分布的尾部风险值(TVaR):

求指数寿命分布的失效平均时间(MTTF):

随机试验  (2)

连续分布 中样本量为10的随机样本以升序排列. 生成一个新的随机数. 求第11个样本落在排序列表的第4个和第5个最小值之间的概率:

概率等于 ,并且独立于

它同时独立于分布:

抛掷四个六面骰子. 求最小值的期望值:

求最大值的期望值:

求最大的三个值之和的期望值. 利用恒等式 和所得到的 Expectation 的线性关系:

其他应用  (4)

一个玩家在一个赌场投注金额 ,该游戏无赌注限制,获胜机率为 . 如果赌输,他要将赌注加倍,如果赌赢则退出,因此他的游戏次数服从几何分布且参与游戏的次数期望值如下:

赢得第 次游戏所需的准备金为:

该玩家总是在收集初始下注金额后离开赌场:

执行上述策略所需的准备金仅对于严格有利的游戏是有限的,其中

一种药物已被证明是在40%的情况下有效. 求应用于700例患者时,成功次数的期望值:

一名棒球运动员击中的概率为 0.300. 如果该运动员用球棒击球3次,求击中次数的期望值:

如果信噪比服从韦伯分布,求均值:

属性和关系  (10)

一个连续分布中表达式的期望值由一个积分定义:

离散分布中一个表达式的期望值由和式定义:

一个条件期望值是根据期望值和概率的比值定义的:

使用 NExpectation 求期望的数值:

计算一个事件的概率:

利用 Expectation 得到相同的结果:

如果符号计算失败,N[Expectation[]] 等价于 NExpectation

AsymptoticExpectation 求期望的渐近近似:

Asymptotic[Expectation[]] 获取同样的结果:

MeanMomentVariance 和其他属性由期望值定义:

包括 MomentGeneratingFunction 在内的母函数均由期望值定义:

对于一个由列表指定的分布,Expectation 等价于使用 Mean

可能存在的问题  (1)

默认情况下,IntegrateGenerateConditions 设置为 FalseExpectation 可能会给出错误的结果:

事实上,这种期望是未定义的:

GenerateConditions 设置为 True 以确保正确的结果:

Wolfram Research (2010),Expectation,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/Expectation.html (更新于 2016 年).

文本

Wolfram Research (2010),Expectation,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/Expectation.html (更新于 2016 年).

CMS

Wolfram 语言. 2010. "Expectation." 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/Expectation.html.

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Wolfram 语言. (2010). Expectation. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/Expectation.html 年

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