概率统计模拟器

用随机试验的频率逼近理论概率 · 概率论与数理统计 第二次作业

红色:与平行线相交;蓝色:不相交。画面只保留最近 500 根针。

原理

平面上画间距为 d 的平行线,随机投下长为 l(l ≤ d)的针。设针的中点到最近一条线的距离为 x,针与线的夹角为 θ,则 x 在 [0, d/2]、θ 在 [0, π] 上均匀分布,针与线相交当且仅当 x ≤ (l/2)·sin θ。

按几何概型,相交概率为 P = 2l / (πd)。用频率 k/n 代替 P,就得到 π ≈ 2ln / (dk)。

参数

结果

0投针总数 n
0相交次数 k
–相交频率
–理论概率
–π 的估计值
–绝对误差

π 估计值随投针数的变化

柱:各格实际落入的小球数;橙色折线:二项分布给出的理论期望个数。

原理

小球每碰到一颗钉子,以概率 p 向右、1 − p 向左,各次碰撞相互独立。经过 n 排钉子后,落入第 k 格(向右 k 次)的概率为

P(X = k) = C(n, k) · pk · (1 − p)n−k,即 X ~ B(n, p)。

小球足够多时,柱状图贴近二项分布;n 较大时,二项分布又近似于正态分布(棣莫弗–拉普拉斯定理),所以堆出一条钟形曲线。

参数

结果

0已落下小球数
–样本均值
–理论均值 np
–最多的一格
–样本方差
–理论方差 np(1−p)

最近一次试验的生日分布

蓝色:当天有 1 人过生日;红色:当天有 2 人或以上(数字为人数)。

至少两人同生日的概率(曲线为理论值,圆点为模拟频率)

原理

设一年 365 天,每人生日在各天等可能且相互独立。n 个人生日各不相同的概率是 365·364·…·(365 − n + 1) / 365n,所以至少两人同生日的概率为

P = 1 − A(365, n) / 365n。

只要 23 人,这个概率就超过 50%;50 人时约为 97%。它比直觉高得多,因为要比较的不是“别人和我”,而是所有 C(n, 2) 对人。

参数

改变人数不会清空已有数据,各人数的模拟结果都会留在图上。

当前人数的结果

0试验次数
0出现同生日
–模拟频率
–理论概率
–绝对误差
–人的对数 C(n,2)

最近一次试验的分房结果

蓝色房号:事件 A 指定的前 n 间房。绿框:恰住 1 人;红框:住了 2 人或以上。

原理

把 n 个人随机分到 N 间房(n ≤ N),每人进每间房等可能,每间房容纳人数不限,共有 Nn 种等可能的分法(古典概型)。

A:指定的 n 间房各住一人,P(A) = n! / Nn。

B:恰有 n 间房各住一人(没有人同住),P(B) = C(N, n) · n! / Nn。

C:指定的某间房恰住 k 人,P(C) = C(n, k) · (N − 1)n−k / Nn。

取 N = 365,事件 B 的对立事件就是生日问题。

参数

结果(共 0 次试验)

事件发生次数频率理论概率
A 指定 n 间各一人0––
B 无人同住0––
C 1 号房恰 1 人0––

事件 B 的频率随试验次数的变化