如何理解事件的独立性?

作者: 大小吴

来源: 大小吴的数学课堂

发布日期: 2022-06-26 14:47:25

本文详细解释了随机事件独立性的概念,通过举例和韦恩图帮助读者区分独立性与互斥性,并引入条件概率来进一步理解独立性的本质。

同学们在学习概率这一章内容时会遇到一个概念——随机事件的独立性。书中对其的解释是:“直观地,如果两个随机事件是否发生互相不影响,就认为它们是独立的。”这时它们同时发生的概率等于它们各自发生的概率的乘积,即成立。在这里,用“同时发生的概率等于它们各自发生的概率的乘积”来定义事件与事件(相互)独立,在数学上是没有任何问题的。但是,该如何理解“是否发生互相不影响”这句话呢?

今天大小吴就和大家来聊聊随机事件的独立性。

在最初学习事件独立性这个概念时,同学们往往会和互斥混淆,互斥指的是两个随机事件没有共同的基本事件,也即这两个事件不可能同时发生。从集合观点看,即两个子集不相交,即满足用韦恩图表示如下(其中为样本空间):两事件互斥。同学们在此处往往会对此产生某种错误的“联想”:独立没有关联,从而将独立性误解为两事件对应的集合不相交,这实际上是将独立性与互斥两个概念混淆了。

我们可以举出一个简单的例子来说明两者的区别。比如,生一个孩子,现有两事件:孩子是男的,孩子是女的。那么显然,此时事件就是互斥的,这两个事件不可能同时发生。再比如,生两个孩子,也有两事件:第一个孩子是男的,第二个孩子是女的。那么此时事件就是独立的,因为不难理解:第一个孩子的性别和第二个孩子的性别,这两者肯定是互不影响的,而且性别为男或女的概率都为。

现在我们来研究一下,其含义是“生两个孩子,第一个孩子是男的,第二个孩子是女的”。的概率很直观,其实就是:这里,实际上用到了独立性的定义进行计算。在韦恩图中可以有如下表示:两事件独立。实际上,事件还包含了另一种情况(左):第一个孩子和第二个孩子都是男的。同样地,事件也包含了另一种情况(右):第一个孩子和第二个孩子都是女的。(当然,还有第四种情况:第一个孩子是女的,第二个孩子是男的。

这种情况也在样本空间中,但它在两个圈之外)我们发现,虽然在这里事件互相独立,但是两者是有交集的,这是区别于互斥事件最重要的一点。

了解了条件概率,我们就可以理解什么是事件的独立性了。上述例子的事件显然不是相互独立的,因为的发生对造成了影响。并且由前述讨论,的概率需用条件概率计算。这让我们联想到两事件相互独立所满足的公式。对照这两个式子,我们能得到一个结论:如果两事件不独立,就一定有。

其实在白球黑球这个例子中,显然是不等于的,其根本原因就在于这个问题一开始就限定了“不放回”的游戏规则。如果说把游戏规则改为“放回”,则情况便截然不同了。由于放回这个机制的存在,每次抽球的概率都是恒定的,永远为。也就是说,在放回的条件下,两事件互不影响,它们便是相互独立的。换句话说,如果两事件相互独立,就一定有。实际上,这便是相互独立事件的本质。从韦恩图来理解,指的是在样本空间所占的比例。

而指的则是在中所占的比例。两事件相互独立便意味着,这两个比例是一致的,形象地说,对于来说,就是的“缩影”。现在你可以理解什么是事件的独立性了吗?

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