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Head First 统计学:从直觉到证据

把可能性数清楚:事件与概率规则

目标:从明确的样本空间计算事件、补集、并集与交集的概率。

咖啡店做抽签活动,六张签分别写着 1 到 6,充分混匀后抽一张。所有可能结果组成样本空间 Ω={1,2,3,4,5,6}。事件是其中的一组结果,例如 A「抽到偶数」等于 {2,4,6}。

在六张签等可能的前提下,P(A)=3/6=1/2。这里 P 表示概率,取值从 0 到 1。计数法的关键是「等可能」,不是有几个名称:抽一张写着两倍字号的签不增加概率,抽取机制偏向某张签时也不能直接按张数均分。

三种关系,三种读法

设 B 为「抽到大于 4」,即 {5,6}。

表达读法结果集合概率
AᶜA 不发生,补集{1,3,5}3/6
A∩BA 与 B 同时发生{6}1/6
A∪BA 或 B 至少一个发生{2,4,5,6}4/6

「或」默认包含两者同时发生。把 A 的三张和 B 的两张直接相加,会把 6 数两次,因此:

P(A∪B) = P(A)+P(B)−P(A∩B)
        = 3/6+2/6−1/6 = 4/6
P(Aᶜ) = 1−P(A)

两个事件没有交集,叫互斥,例如「抽到偶数」与「抽到奇数」。互斥时交集概率为零,可以直接相加。互斥不等于独立:若知道抽到了偶数,就确定没有抽到奇数,信息显然影响判断。独立的计算规则留到下一课。

用表格避免漏数

现在同时掷一枚公平硬币和抽一张签,并假设二者独立。样本空间有 12 个等可能的「硬币结果、签号」组合。事件 C「正面且偶数」包含 (正,2)、(正,4)、(正,6),所以概率为 3/12=1/4。样本空间换了,就不能沿用 6 作分母。

要算「至少出现一项:正面或者偶数」,最省力的方法是取补集。两项都没出现意味着反面且奇数,共 3 个结果。故所求为 1−3/12=3/4。直接数并集也会得到 9 个结果。

概率是对模型中不确定结果的描述。现实频率来自实际观察,例如一天 100 单里有 30 单用券,观察比例是 30%;它可以帮助估计未来用券概率,却不保证明天恰好也是 30 单。

跟着做:改变一个事件

  1. 回到单次抽签,把 B 改成「大于或等于 4」,即 {4,5,6}。
  2. 分别列出 A∩B 与 A∪B,再用公式复核。
  3. 解释交集和并集为何没有增加相同的概率。
核对结果

交集为 {4,6},概率 2/6;并集仍为 {2,4,5,6},概率 4/6。新加入 B 的 4 原本已在 A 中,所以增加交集,却没有增加并集。如果得到 5/6,说明遗漏了对重复结果的扣除。

独立练习

在 40 张等可能抽到的订单卡中,会员订单 18 张、外带订单 25 张、同时为会员与外带的 12 张。求「会员或外带」「既非会员也非外带」「会员但非外带」的概率。

参考答案

并集有 18+25−12=31 张,概率 31/40=77.5%;两者都不是有 40−31=9 张,概率 22.5%;会员但非外带有 18−12=6 张,概率 15%。四个不重叠区域是「仅会员 6、仅外带 13、两者都是 12、两者都不是 9」,相加为 40。

答案超过 1 时先找重复计数;补集算错时,先用日常语言写出「原事件完全不发生」是什么。下一课会改变分母:只在已知满足某条件的订单中计算。

参考资料