隨機變數與其分布
累積分布函數(cumulative distribution function, cdf)
累積分布函數問一個不斷推進的問題:X 至多為 x 的機率是多少?它把機率從最左邊一路累積到一個移動的門檻。如果你站在值 x 處,回望它以下的一切,cdf 告訴你到目前為止總共堆積了多少機率。當 x 從最左掃到最右,cdf 從 0(還沒算到任何東西)攀升到 1(一切都算進去了)。
嚴格地說,F(x) = P(X <= x)。對離散變數,它是一道階梯:在值與值之間是平的,並在變數能取到的每個值處恰好往上跳 p(x),跳的高度就是那個值的質量。對連續變數,它是一條平滑的攀升,即密度下不斷累積的面積:F(x) = 從 -infinity 到 x 對 f(t) dt 積分。無論哪一種,區間的機率都免費得到:P(a < X <= b) = F(b) - F(a),所以你只要把兩個 cdf 值相減,就能回答幾乎任何關於 X 的問題。
cdf 之所以強大,是因為它用一個統一的定義對每一種隨機變數都成立,不論離散、連續或混合,而 pmf 只適用於離散、pdf 只適用於連續。正是這種普遍性,使理論常用 cdf 來表述一切。要注意不等號的方向:F(x) 用 <=(至多 x)定義,這使它右連續;有些書改用 <,會把跳躍位置挪動,是常見的差一混淆來源。
對一顆公正骰子,F 是一道階梯:x < 1 時 F(x) = 0,接著 F(1) = 1/6、F(2) = 2/6、...、F(6) = 1,整數之間是平坦的踏面。要求 P(2 < X <= 4),計算 F(4) - F(2) = 4/6 - 2/6 = 2/6。
cdf 從左方累積機率,並透過相減給出區間機率。
cdf 是分布的完整描述:兩個有相同 cdf 的隨機變數具有完全相同的分布,即使它們定義在完全不同的試驗上。
又称
另见