随机过程 I · 有限分割

平均六次,也可能一次不差

取 θ=6,只分成六格,每格成功概率就是 1,总数只能等于 6。把分割变细,均值仍是 6,分布却会展开。我们沿着这个变化,看有限模型怎样接近 Poisson 计数。

0 ≤ θ ≤ 20,改变整个时间窗的平均次数。

1 至 1000 的整数,且 m ≥ θ。

比较同一个事件:“总数恰好是 n”。

上方四个快捷键都固定 θ=6。若手动取 θ=8、m=4,请先检查 θ/m 还能不能作为概率。

同一个窗,共 6 格

Bm ∼ Bin(m, θ/m)
N ∼ Pois(θ)

均值相同,方差尚不同

比较量有限二项Poisson

每格最多成功一次的限制,压低了二项模型的方差。θ 不变时,增加 m 只改变近似细度。

同一纵轴上的概率质量

Bin(m, θ/m) · 左柱Pois(θ) · 右柱

横向滚动查看 n=0,…,40。选择一对柱,或在“目标次数”中输入整数;竖轴都是“恰好 n 次”的概率。

二项:P(Bₘ=6)
Poisson:P(N=6)
两概率之差(二项 − Poisson)

小格里仍可能出现两次

Bernoulli 格子把“多次”排除了;真正的 Poisson 小格没有这个限制。记 a=θ/m,下面三个量说明这种差异怎样随分割变细而消失。

一格至少两次
1−e−a(1+a)
整窗至少一格多次
1−[e−a(1+a)]m
并集概率上界
m × 单格概率

先预测:固定 θ,只增加 m,哪一个量在每一步都保持不变?
复算公式与边界

有限模型的概率是 C(m,n)(θ/m)ⁿ(1−θ/m)m−n,当 n>m 时为 0;Poisson 概率是 e−θθⁿ/n!。θ=0 时二者都集中在 0;m=θ 时每格必成功,二项总数恒为 m。

柱图只展示前 41 项,n>40 的概率另列,没有把可见部分重新缩放为总和 1。小格多次事件的整窗公式来自各格独立;并集上界可以大于 1,它是一个上界表达式,不是概率本身。