連續分布

伽瑪分配(gamma distribution)

/ GAM-uh /

若等待單一卜瓦松事件的時間是指數分配,那麼等到第 k 個事件要多久?你得先等第一個、再等第二個,以此類推——把 k 段獨立的指數等待相加。這個總等待時間服從伽瑪分配。它是「累積數個隨機到達所需時間」的自然模型。

記作 X ~ Gamma(k, theta),含形狀參數 k > 0 與尺度參數 theta > 0(有些書改用速率 beta = 1/theta)。當 k 為整數時,X 是 k 段獨立 Exponential(速率 = 1/theta) 等待之和,平均 E[X] = k theta,變異數 Var(X) = k theta^2。密度 f(x) = x^(k-1) e^(-x/theta) / (theta^k Gamma(k))(x >= 0)用到了伽瑪「函數」Gamma(k),純粹作為使面積等於 1 的常數。形狀 k 決定輪廓:k = 1 給出純指數(一路下滑),而較大的 k 把隆起推向右側、使之更像鐘形——預示了許多等待累加後趨於常態。

伽瑪分配是一個小家族的母體:整數 k 給出厄朗分配;k = (自由度)/2 且 theta = 2 給出卡方分配。它能描述累積降雨量、保險理賠金額、多階段流程的完工時間,並作為一個彈性、恆正、右偏的形狀。一個提醒:公式裡的伽瑪函數 Gamma(k) 是正規化常數,並非分配本身——別把這個函數與借用其名的分配搞混。

顧客以卜瓦松過程到達,平均每 4 分鐘一位(theta = 4)。等到第 3 位顧客到達的時間是 Gamma(k = 3, theta = 4),平均 3 x 4 = 12 分鐘,變異數 3 x 4^2 = 48。

把 k 段指數等待相加便得到伽瑪分配;k = 1 時又回到指數分配。

留意參數化方式:形狀-尺度 (k, theta) 與形狀-速率 (k, beta = 1/theta) 都很常見,兩者的平均互為倒數——混用是常見的錯誤來源。

又稱
gamma伽瑪分配Gamma(k, theta)