İstatistik ve Olasılık · 5. Ünite: Özel Sürekli Olasılık Dağılımları

Sürekli Düzgün (Uniform) Dağılım

Otobüs durağına rastgele bir anda varan yolcunun bekleme süresi, ölçüm aletinin en yakın birime yuvarlama hatası ya da bilgisayarın ürettiği rassal sayılar: bu olayların ortak noktası, bir aralıktaki hiçbir noktanın ötekilere göre ayrıcalıklı olmamasıdır. Sürekli düzgün dağılım bu "tam bir cehalet" durumunun matematiksel modelidir ve olasılık hesabının en yalın örneği olduğu kadar rassal sayı üretiminin de temelidir. Konunun sonunda yoğunluğu, birikimli dağılımı, ortalama ve varyansı türetebilecek, aralık ve koşullu olasılıkları hesaplayabilecek ve $U(0,1)$ rassal sayısından başka dağılımlar üretmeyi açıklayabileceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Bilgisizliğin Olasılık Modeli

  2. Tanım ve Yoğunluk Fonksiyonu

  3. Birikimli Dağılım Fonksiyonu ve Kuantiller

  4. Ortalama, Varyans ve Doğrusal Dönüşümler

  5. Koşullu Olasılık ve Düzgün Dağılımın Belleksizliği Olmaması

  6. Olasılık İntegral Dönüşümü ve Rassal Sayı Üretimi

  7. Çözümlü Örnekler

  8. Sınır Durumları ve Simülasyonda Gözlem

  9. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Sürekli düzgün dağılım (uniform)
$[a,b]$ üzerinde yoğunluğu sabit $1/(b-a)$ olan dağılım; olasılık yalnızca aralığın uzunluğuna bağlıdır.
Olasılık yoğunluk fonksiyonu (pdf)
Altındaki alanın olasılık verdiği, toplam alanı $1$ olan fonksiyon; değeri $1$'i aşabilir ve kendisi olasılık değildir.
Birikimli dağılım fonksiyonu (cdf)
$F(x) = P(X \le x)$; düzgün dağılımda $[a,b]$ üzerinde $(x-a)/(b-a)$ doğrusudur.
Kuantil (quantile)
$F(x_p) = p$ koşulunu sağlayan $x_p$ değeri; düzgün dağılımda $x_p = a + p(b-a)$.
Standart düzgün dağılım
$U(0,1)$; yoğunluğu $[0,1]$ üzerinde $1$, ortalaması $1/2$, varyansı $1/12$.
Belleksizlik (memoryless)
$P(X>s+t \mid X>s) = P(X>t)$ özelliği; düzgün dağılımda sağlanmaz, üstel dağılımda sağlanır.
Olasılık integral dönüşümü
$X$'in cdf'i $F$ ise $F(X) \sim U(0,1)$; ters yönde $F^{-1}(U)$ ile istenen dağılımdan örnek üretilir.
Ters dönüşüm yöntemi
$U(0,1)$ rassal sayısını $F^{-1}$ ile dönüştürerek $F$ cdf'li dağılımdan değer üreten yöntem.

Örnek soru

Bir otobüs durağa her $20$ dakikada bir gelir ve yolcunun varış anı rassaldır; bekleme süresi $X \sim U(0,20)$ dakikadır. Yolcunun $2$ ile $6$ dakika arasında beklemesi olasılığı kaçtır?

  1. 0,10
  2. 0,30
  3. 0,20
  4. 0,40
  5. 0,80

Doğru cevap: C

Çözüm

1. $X \sim U(0,20)$ olduğundan $f(x) = 1/20$, $0 \le x \le 20$.
2. Düzgün dağılımda aralık olasılığı uzunluk oranıdır: $P(2 < X < 6) = \dfrac{6-2}{20-0} = \dfrac{4}{20}$.
3. Sonuç $0{,}20$.
Cevap: C. $0{,}10$ yalnızca $P(X<2)$, $0{,}30$ ise yalnızca $P(X<6)$ değerini verir; aralığın alt ucunu çıkarmayı unutmak bu hatalara yol açar. $0{,}80 = 1 - 0{,}20$ ise tümleyen olayın olasılığıdır.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular