連續分布

指數分配(exponential distribution)

要等多久才會有下一通電話打進客服中心?要等多久才有下一顆放射性原子衰變?要等多久才有下一位顧客進門?當事件以穩定的平均速率發生、彼此互不協調時,等到下一個事件的等待時間就服從指數分配——它是幾何分配的連續版表親。

記作 X ~ Exponential(lambda),其中 lambda > 0 是速率(每單位時間的事件數)。密度為 f(x) = lambda e^(-lambda x)(x >= 0):在 x = 0 處最高,然後平滑衰減,所以短暫的等待最可能,但很長的等待仍有機會。存活函數——等待超過 t 的機率——為 P(X > t) = e^(-lambda t)。平均等待為 E[X] = 1/lambda(速率越快,等待越短),變異數為 Var(X) = 1/lambda^2。它具有等於 lambda 的常數風險率:在任何瞬間,假設你已等了這麼久,事件在接下來極短片刻內發生的機率都相同。

指數分配是通往卜瓦松過程的橋樑:若事件以速率 lambda 形成卜瓦松過程,則相鄰事件之間的間隔是獨立的 Exponential(lambda) 等待。它是描述「隨機」故障(而非磨損故障)物件壽命、排隊系統到達間隔時間的首選模型,也是伽瑪分配的基石。一個提醒:它的無記憶性(見下一條)使它適合描述「不會老化」的事物——一顆真正會磨損的燈泡,用韋伯分配描述會更好。

來電速率為 lambda = 每小時 3 通,所以等到下一通的時間是 Exponential(3),平均 1/3 小時 = 20 分鐘。等待超過 30 分鐘(t = 0.5 小時)的機率是 e^(-3 x 0.5) = e^(-1.5),約 0.22。

尾端 e^(-lambda t) 給出等待超過 t 的機率。

唯一的參數有時以速率 lambda 給出,有時以平均尺度 1/lambda 給出——使用公式或軟體時務必確認是哪一種,否則你的數值會顛倒。

又稱
exponential waiting time指數分配