風險率(the hazard rate)
想像一台已經完美運轉五年的機器。在它撐了這麼久的條件下,它在下一瞬間故障的機會是多少?這種在倖存者之中、逐瞬間「此刻就故障」的條件風險,就是風險率。它不同於在某個年齡故障的原始機會,因為它以「已經撐到這裡」為條件;它回答的是對那些仍在運作的個體而言,下一瞬間有多危險。
嚴格地說,風險率是 h(x) = f(x) / S(x),即 x 處的密度除以撐到 x 的存活機率。讀懂各部分:f(x) 是恰好在 x 附近發生故障的速率,S(x) 是仍然在場、有待故障的比例;相除就把無條件的速率轉成「每位倖存者」的速率。等價地,h(x) dx 約為「在已存活至 x 的條件下、下一小片內故障」的機率。因為 h(x) = -d/dx ln S(x),你可以從風險率重建存活函數:S(x) = exp(- 從 0 到 x 對 h(t) dt 積分)。
風險率的形狀說出一個故事。常數風險代表完全沒有老化(無記憶的指數分布:倖存者跟全新一樣)。上升的風險代表磨損,東西隨年齡愈來愈容易故障(人、磨損的軸承)。下降的風險代表早期故障被淘汰、倖存者愈來愈堅固(嬰兒死亡率、電子產品的老化測試)。許多真實系統呈現浴缸曲線:早期風險高、中段低而平、然後尾端上升。誠實的提醒:常數風險是一個強而且常常不切實際的假設;在真相會老化時卻假設常數風險,是典型的建模錯誤。
對存活函數 S(t) = e^(-lambda t)、密度 f(t) = lambda e^(-lambda t) 的指數壽命而言,風險率是 h(t) = f(t)/S(t) = lambda,為常數。已經撐了一年的燈泡,下個月故障的可能性與全新燈泡完全相同,這正是無記憶性的標誌。
風險率是倖存者之中的故障率;它的形狀(平、上升、下降)描述老化。
風險率是條件速率,不是機率,而且像密度一樣可以超過 1。常數風險代表沒有老化;對會磨損的東西假設常數風險,會嚴重低估晚期的風險。