連續分布

柯西分配(Cauchy distribution)

/ KOH-shee /

把一支雷射筆對著牆面,以隨機角度開啟,標記光束打中的位置。多數標記聚在正前方附近,但偶爾一個近乎掠射的角度會把標記甩到牆面荒謬遠處。這個位置服從柯西分配——一個「類似」鐘形的形狀,卻是機率論最著名的警世故事,因為它看似溫馴,實則沒有平均、也沒有變異數。

標準柯西密度為 f(x) = 1/(pi (1 + x^2)),一個以 0 為中心的對稱尖峰,表面上很像常態的鐘。但它的尾部只以約 1/x^2 衰減——遠比常態的指數級快速衰減更肥。這份肥厚對一般的摘要量是致命的:E[X] 的積分不收斂,所以平均未定義;變異數無限;動差母函數不存在。你仍可用它的中位數(中心)與一個描述寬度的尺度參數來刻畫它,但「平均」根本不是有意義的量。

柯西分配是讓所有人保持誠實的標準反例。大數法則對它失效:柯西樣本的累進平均「不會」安定下來——它永遠遊蕩,因為 n 個柯西變數的平均本身仍是同樣散布的柯西,並不比單一抽樣更平靜。中央極限定理也失效,因為它需要有限的變異數。所以每當有人說「平均掉就好」或「CLT 適用」,柯西就是那個提醒:那些規則要靠有限的動差才能運作。

把 1,000 個標準常態數平均,平均值很小、接近 0,散布以約 1/sqrt(1000) 縮小。把 1,000 個標準柯西數平均,平均值仍只是標準柯西——完全沒有變緊;單一個離奇抽樣就能主宰整個平均。

肥尾意味著平均永不安定——無平均、無變異數、無 CLT。

柯西看似鐘形,卻「沒有」平均、變異數無限;增加樣本平均也無濟於事,所以大數法則與中央極限定理對它都失效。

又称
Lorentzian distribution柯西分配Lorentz distribution