İstatistik ve Olasılık · 4. Ünite: Özel Kesikli Olasılık Dağılımları

Poisson Dağılımı ve Poisson Süreci

Bir santrale dakikada gelen çağrılar, bir kumaş metresindeki dokuma hataları, bir kavşakta bir günde meydana gelen kazalar, bir radyoaktif kaynağın saniyedeki bozunma sayısı: bunlar bir aralıkta (zaman, uzunluk, alan) gerçekleşen, nadir ve birbirinden bağımsız olayların sayılarıdır. Bu sayımların ortak modeli Poisson dağılımıdır ve tek bir $\lambda$ parametresiyle hem ortalamayı hem varyansı belirler. Konunun sonunda Poisson kütle fonksiyonunu binomun limiti olarak türetecek, $E[X] = \mathrm{Var}(X) = \lambda$ sonucunu gösterecek, Poisson sürecinin aksiyomlarından $N(t) \sim \text{Poisson}(\lambda t)$ sonucunu yorumlayacak, toplamsallık ve inceltme (thinning) özelliklerini kullanacak ve verinin Poisson'a uyup uymadığını varyans/ortalama oranıyla sınayacaksın.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Nadir Olayların Sayımı ve Poisson Süreci

  2. Poisson Kütle Fonksiyonunun Türetilmesi

  3. Ortalama ve Varyans: İkisi de Lambda

  4. Binom–Poisson Yaklaşımı

  5. Poisson Sürecinin Özellikleri: Toplamsallık, İnceltme, Bekleme Süresi

  6. Çözümlü Örnek ve Sınır Durumları

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Poisson dağılımı (Poisson distribution)
Bir aralıktaki olay sayısının dağılımı: $p(x;\lambda) = e^{-\lambda}\lambda^x/x!$, $x = 0, 1, 2, \dots$; $E = \mathrm{Var} = \lambda$.
Poisson süreci (Poisson process)
Bağımsız artışlı, sabit hızlı ve eşzamanlı olay içermeyen sayım süreci; $N(t) \sim \text{Poisson}(\lambda t)$.
Olay hızı (rate), $\lambda$
Birim zamandaki (uzunluk, alan) ortalama olay sayısı; $t$ birimlik aralık için ortalama $\lambda t$.
Poisson yaklaşımı
$n$ büyük, $p$ küçük iken $B(n,p) \approx \text{Poisson}(np)$; kural: $n \ge 20$, $p \le 0{,}05$.
Toplamsallık (additivity)
Bağımsız Poisson değişkenlerin toplamı, parametrelerin toplamıyla Poisson'dur.
İnceltme (thinning)
Poisson olayların her birini bağımsız olarak $p$ olasılıkla seçmek; seçilenler $\text{Poisson}(\lambda p)$ olur.
Olaylar arası süre (interarrival time)
Ardışık olaylar arasındaki süre; bağımsız ve ortalaması $1/\lambda$ olan üstel dağılımlıdır, $P(T > t) = e^{-\lambda t}$.
Aşırı yayılma (overdispersion)
Varyansın ortalamadan büyük olması ($s^2/\bar{x} > 1$); Poisson'un bağımsızlık ya da sabit hız varsayımının bozulduğunu işaret eder.

Örnek soru

$X \sim \text{Poisson}(\lambda = 3)$ olduğuna göre $P(X = 2)$ kaçtır?

  1. $0{,}0498$
  2. $0{,}1494$
  3. $0{,}4232$
  4. $0{,}2240$
  5. $0{,}5768$

Doğru cevap: D

Çözüm

1. $P(X = x) = \dfrac{e^{-\lambda}\lambda^x}{x!}$ ile $\lambda = 3$, $x = 2$.
2. $P(X = 2) = \dfrac{e^{-3}\cdot 3^2}{2!} = \dfrac{0{,}04979 \cdot 9}{2} = 0{,}2240$.
Cevap: D. $0{,}0498 = P(X = 0) = e^{-3}$ ve $0{,}1494 = P(X = 1)$ komşu değerlerdir. $0{,}4232 = P(X \le 2)$ birikimli, $0{,}5768 = P(X \ge 3)$ ise tümleyendir.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular