NormalDistribution
NormalDistribution[μ,σ]
表示一个正态分布 (高斯分布),它的均值为 μ,标准差为 σ.
表示一个正态分布,均值为0,具有单位标准差.
更多信息
- 一个正态分布函数中 值的概率密度与 是成比例的. »
- NormalDistribution 允许 μ 为任意的实数,σ 为任意的正实数.
- NormalDistribution 允许 μ 和 σ 为单位量纲相同的任意量. »
- NormalDistribution 能和以下函数一同使用,例如 Mean、CDF 和 RandomVariate. »
背景
- NormalDistribution[μ,σ] 表示定义在实数上的被称为“正态分布”的统计分布. 该分布有一个实数参数 μ 和一个正实数参数 σ,其中 μ 是分布的均值,σ 被称为标准差而 σ2 被称为方差. 正态分布的概率密度函数(PDF)是单峰的,在均值 处取得峰值,而参数 σ 决定了 PDF 的高度和尾部的“厚度”. 正态分布的 PDF 关于其最大值对称,其 PDF 的尾部比较“薄”,意思是说当 值较大时 PDF 的衰减是指数的.(这一行为可通过研究分布的 SurvivalFunction 做精确的定量分析.)零参数形式的 NormalDistribution[] 等价于 NormalDistribution[0,1] 且有时候被称为标准正态分布.
- 由于其 PDF 中有高斯函数 ,正态分布有时又被称为高斯分布. 非正式的,正态分布也可以被称为“钟形曲线”因为其 PDF 是钟形的. 然而,应该指出的是,其它分布如 CauchyDistribution、StudentTDistribution 和 LogisticDistribution 也显示出类似“钟”的形状.
- 正态分布的随机变量有时被称为正态变量,而标准正态分布也可被称为单位正态分布.
- 正态分布是最广泛出现的概率分布之一,因此有许多应用. 例如,正态分布值在蒙特卡罗方法的应用中至关重要. 此外,正态分布在定义被称为维纳过程的连续时间随机过程 中也很重要,此过程由独立增量 组成,对任意 ,该增量都是独立同分布的正态分布,参数 而 . 而且许多概率和统计值,包括百分等级、-分数和 -分数都是由正态分布导出的. 另外,因为有中心极限定理,在满足一定假设的情况下,足够大量的独立随机变量的均值接近正态分布,不论描述这些变量的原始分布是什么. 正态分布还自然的出现在对许多物理现象的建模过程中, 如理想气体分子的速度,扩散中的粒子的位置,以及热辐射在长时间尺度下的行为. 除此之外,大量的生物现象,包括活体组织的大小以及像空腹血糖水平和血压这样的数量,由这些导出的变量的对数值趋向于正态分布.
- RandomVariate 可被用于给出正态分布的一个或多个机器精度或任意精度(后者可用 WorkingPrecision 选项指定)的伪随机变量. Distributed[x,NormalDistribution[μ,σ]],更简洁的写法是 xNormalDistribution[μ,σ],可被用于声明随机变量 x 是正态分布的. 这样一个声明之后可用在如 Probability、NProbability、Expectation 以及 NExpectation 这样的函数中.
- 概率密度函数和累积分布函数可用 PDF[NormalDistribution[μ,σ],x] 和 CDF[NormalDistribution[μ,σ],x] 求得. 平均数、中位数、方差、原点矩及中心矩可分别用 Mean、Median、Variance、Moment 和 CentralMoment 计算.
- DistributionFitTest 可被用于测试给定的数据集是否与正态分布一致,EstimatedDistribution 可被用于根据给定数据估算正态参数化分布,而 FindDistributionParameters 可拟合数据和正态分布. ProbabilityPlot 可被用于生成给定数据的 CDF 相对于符号正态分布的 CDF 的图线,而 QuantilePlot 可被用于生成给定数据的分位数相对于符号正态分布的分位数的图线.
- TransformedDistribution 可被用于表示转换的正态分布,CensoredDistribution 可被用于表示删截后位于上限值和下限值之间的值分布,而 TruncatedDistribution 可被用于表示截断后位于上限值和下限值之间的值分布. CopulaDistribution 可被用于建立包含了正态分布的高维分布,而 ProductDistribution 可被用于计算包括正态分布在内的,若干个独立分量的联合分布.
- NormalDistribution 与许多其它分布密切相关. 许多分布,包括 LogNormalDistribution、HalfNormalDistribution、NoncentralChiSquareDistribution 和 LevyDistribution,可被视为从 NormalDistribution 转换而来,而 NormalDistribution 也可被认为是许多分布的极限情形,包括 HyperbolicDistribution、StudentTDistribution、PoissonDistribution 和 BinomialDistribution. 此外,NormalDistribution 是 ExponentialPowerDistribution 的特例(PDF[NormalDistribution[μ,σ],x] 等于 PDF[ExponentialPowerDistribution[2,μ,σ],x]),也是 SkewNormalDistribution 的特例(PDF[NormalDistribution[μ,σ],x] 等于 PDF[SkewNormalDistribution[μ,σ,0],x]),还是 PearsonDistribution 的特例(PDF[NormalDistribution[μ,σ],x] 等于 PDF[PearsonDistribution[3,σ-2,-μ σ-2,0,0,1],x] 其中 σ>0),并且它还是 BinormalDistribution 和 MultinormalDistribution 的边缘分布. NormalDistribution 和 StableDistribution、RiceDistribution、RayleighDistribution、MaxwellDistribution、LevyDistribution、LaplaceDistribution、JohnsonDistribution、ChiDistribution 及 ChiSquareDistribution 密切相关.
范例
打开所有单元关闭所有单元范围 (7)
在参数中对 Quantity 使用的一致性产生了 QuantityDistribution:
应用 (11)
一个电池的寿命近似服从均值为1000个小时、标准差为50个小时的正态分布. 求寿命在800和1000个小时之间的比率:
在100个电池中,计算有多少个电池寿命在800个小时和1000个小时之间:
咖啡豆以每包5磅销售,每包的净重服从均值为5磅、方差为0.01磅的正态分布. 求给定的一包咖啡豆的重量至少为4磅15盎司的概率:
这可以从 SurvivalFunction 直接计算得到:
一个公司生产长度服从均值为0.497英寸、标准差为0.002英寸的标准分布的钉子. 求长度满足0.5英寸加/减0.004英寸规格的百分比:
使用 CDF 直接计算:
一个公司生产长度服从均值为0.5英寸的正态分布的钉子. 如果所生产的钉子的 50% 长度都在 0.495 和 0.505 之间,求标准差:
从一个均值为5、标准差为1.5的分布中抽取一个样本. 求使得样本均值在分布均值的左右0.8范围之内的概率为0.97的最小样本数 :
包括行李重量在内的个人重量服从均值为225磅、标准差为50磅的正态分布. 一架飞机的负载限制是 10000 磅,并可以容纳44名旅客. 若登机人数达到最大值,则飞机超负荷的概率是多少?
正态分布传统上用于分析从上次收盘以来分数股票价格变动. 求从2000年1月1日到2009年1月1日 S&P 500 指数每天的分数价格变动的估计分布:
证明使用 LogisticDistribution 比使用正态分布提供了更好的拟合:
属性和关系 (36)
一般说来,对独立正态分布进行仿射变换,所得的分布仍然是正态分布:
正态 (SN) JohnsonDistribution 是一种正态分布:
当 趋近于 时,StudentTDistribution 趋近于正态分布:
正态分布是 LogNormalDistribution 的一种变换:
正态分布的逆转换产生 LogNormalDistribution:
HalfNormalDistribution 是一种截断的正态分布:
HalfNormalDistribution 是正态分布的一个转换:
HalfNormalDistribution 是正态分布的一个转换:
NormalDistribution 是 ExponentialPowerDistribution 的一个特例:
正态分布是形状参数 的 SkewNormalDistribution 的一个特例:
SkewNormalDistribution 是正态分布的一个转换:
个标准正态分布的变量的平方和服从 ChiSquareDistribution:
正态分布变量的平方和服从 NoncentralChiSquareDistribution:
个标准正态分布变量的范数服从 ChiDistribution:
三个标准正态变量的范数具有 MaxwellDistribution,这是 ChiDistribution 的一种情形:
两个标准正态分布变量的范数服从 RayleighDistribution:
两个正态分布变量的范数服从 RiceDistribution:
对于 和 ,NormalDistribution 是 HyperbolicDistribution 当 的极限情况:
如果 、、 和 是独立的、并且服从正态分布,则 服从 LaplaceDistribution:
通过 CharacteristicFunction 的相等性来确认:
如果 、、 和 是独立的,并且服从正态分布,则 服从 LaplaceDistribution:
通过 CharacteristicFunction 的相等性来确认:
两个正态分布变量的比服从 CauchyDistribution:
一个正态分布变量的平方是 GammaDistribution 和 ChiSquareDistribution 的一个特例:
LaplaceDistribution 是正态分布与 RayleighDistribution 的一个参数混合:
StudentTDistribution 是正态分布和 GammaDistribution 的参数混合:
LevyDistribution 是正态分布的一个变换:
正态分布是第3类 PearsonDistribution 的一个特例:
正态分布是一个 StableDistribution:
BinormalDistribution 的边缘分布是正态分布:
MultinormalDistribution 的边缘分布是正态分布:
NormalDistribution 可以从 MultinormalDistribution 获取:
StudentTDistribution 可以从 NormalDistribution 和 ChiSquareDistribution 中得到:
NoncentralStudentTDistribution 可以从 NormalDistribution 和 ChiSquareDistribution 中得到:
VarianceGammaDistribution 可以从 GammaDistribution 和正态分布中获得:
可能存在的问题 (2)
文本
Wolfram Research (2007),NormalDistribution,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/NormalDistribution.html (更新于 2016 年).
CMS
Wolfram 语言. 2007. "NormalDistribution." 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/NormalDistribution.html.
APA
Wolfram 语言. (2007). NormalDistribution. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/NormalDistribution.html 年