累積分布函數的定義性質(the defining properties of a cdf)
並不是每條曲線都能當累積分布函數。有一張簡短的檢核表,恰好捕捉「誠實地累積機率」的意義,任何通過它的函數都是某個隨機變數的 cdf,而任何 cdf 也都必須通過它。知道這張表,就能一眼看出造假的 F,也能刻意建構合法的 F。
cdf F 必須滿足四個條件。第一,它不遞減:當你向右移動、納入更多值時,累積的機率只能保持不變或增加,絕不會下降,因為你從不減去機率。第二,它的極限在最左為 0、最右為 1:當 x 趨向負無窮,F(x) 趨向 0(還沒有機率),當 x 趨向正無窮,F(x) 趨向 1(全部)。第三,它右連續:在任何值處,F(x) 等於從右方逼近 x 的極限,F(x) = 當 h 遞減到 0 時 F(x + h) 的極限。這種右連續性是由 P(X <= x) 中的 <= 強制的:門檻值本身被包含在內。
這些性質有實際好處。右連續代表在跳躍處,函數取上方的值,而跳躍的高度等於 P(X = x),也就是恰好落在那一點的質量;在 F 平坦的區間上,那裡沒有機率。最左與最右的極限保證總機率為 1。誠實的細節:cdf 可以跳躍(離散部分),也可以有平坦段,但它絕不會向下跳,也絕不會超過 1 或低於 0。如果一個被提議的 F 曾經下降,它就根本不是 cdf。
F(x) = 0(x < 0)、F(x) = x(0 <= x < 1)、F(x) = 1(x >= 1)是合法的 cdf([0,1] 上的均勻分布):不遞減、極限為 0 與 1、連續。但 G(x) = x^2 - x(在 [0,1] 上)不是,因為它低於 0 且甚至下降。
不遞減、右連續、極限為 0 與 1:通過全部四項,你就有一個真正的 cdf。
右連續性是學生最容易忘記的性質。它不是可有可無的裝飾;它正是 P(X <= x) 中的 <= 所要求的,並決定跳躍處的值屬於下方還是上方的階。