概率 · 随机事件的概率
什么是概率?
前两节我们弄明白了:随机事件可能发生、也可能不发生,而且它们发生的可能性有大小。这一节,我们就给这种"大小"一个正式的名字和写法——概率。
学完这节课,你就能把一个模糊的"可能性大",写成一个清清楚楚的数字。
先给"大小"安个范围
既然是"可能性的大小",它总得有个上下限:
- 最小是 :表示不可能发生(机会一点都没有)。
- 最大是 :表示必然发生(机会百分之百)。
中间的,就是各种随机事件。于是我们有了概率的基本范围:
表示一个随机事件发生可能性大小的数,叫做这个事件的概率。 一般用 表示事件 的概率,它满足:
- :事件 必然发生;
- :事件 不可能发生;
- :事件 是随机事件,数值越大越容易发生。
这个 到 的范围,和我们在什么是随机事件?里说的"可能性小≠不可能、可能性大≠必然"完美对上:只要 严格在 和 之间,就是随机事件。
理想情况下,概率可以直接算
有些情形,每种结果"机会均等",概率可以直接数出来。
公平硬币只有正反两面,且两面机会均等: 这也常写成 。
六个面机会均等,"掷出 ":一件事占一个面。 "掷出偶数()":三件事占三个面。
这类"数个数"的方法,前提是每种结果等可能。如果不等可能(比如上一节那个红多白少的袋子),就不能简单这么数,得看实际占比。
多数时候,概率靠"频率"来估
理想硬币、理想骰子是人为造的公平工具。真实世界里很多事没这么"干净":明天下雨的可能性、某型号灯泡用满三年的可能性——你没法像数骰子面那样直接算。
这时候怎么办?做大量重复试验,看它发生的频繁程度。
在 次重复试验中,事件 发生了 次,则事件 发生的频率为: 当试验次数 很大时,频率会稳定在一个常数附近,这个常数就可以作为事件 概率的估计值。
有人真的抛过成千上万次硬币。把"正面"出现的频率随抛掷次数画出来:
频率
0.52 | ●
0.51 | ● ●
0.50 | ● ● ● ● ● ● ●
0.49 | ● ●
0.48 | ●
+------------------ 抛掷次数(越多越右)次数少时,频率上蹦下跳(抛 次可能正面占 );次数越多,它越贴近 。所以我们就用 作为"正面"概率的估计。
频率和概率不是一回事,但关系密切:
- 概率是客观存在的"真实倾向",抛不抛都在那(比如硬币正面概率就是约 )。
- 频率是你实际抛出来的结果占比,会随运气起伏;试验越多,频率越靠近概率。
一个值得注意的细节
用频率估计概率,有个隐含前提:试验要独立、条件要一致、次数要足够多。
- 如果"重复试验"其实条件变了(今天晴、明天雨,却硬凑在一起算"明天下雨频率"),估计就不可靠。
- 次数太少,频率还不稳定,拿它当概率会出错。抛 次硬币可能 次正面,频率 ,但你显然不能因此说"正面概率是 "。
所以新闻里常说"根据历史数据估计,某疾病发病率约 "——这就是用大量过去的频率,去估计一个概率。它给出的是"大致可靠"的数,不是绝对精确。
天气预报降水概率 ,意思是类似天气条件下,历史上约 的日子会下雨。这不是说明天 下雨,而是提醒你:带伞比较划算。概率不直接预言单次结果,但能指导我们选择更稳妥的做法。
动手估一次:抛硬币的频率表
光说"频率会稳定",不如真算一遍。假设我们抛一枚硬币,逐次记录正面出现的频率:
| 抛掷次数 | 正面次数 | 频率 |
|---|---|---|
你看:次数少时,频率上蹦下跳( 都来了);次数越多,它越往 靠。所以我们用 作为"正面"概率的估计值。这正是"频率稳定于概率"的活例子。
注意表里每一行的频率都不等于 ,只是越来越接近。 不是 ,但已经足够让我们相信:真实概率就是约 。
概率的几条性质,记牢
把前面说的收成几条硬规则:
- 范围:。
- 不可能: 一定不发生。
- 必然: 一定发生。
- 互斥事件的和:如果 、 不可能同时发生(比如掷骰子"出 "和"出 "),那么 。掷骰子出 或 的概率 。
掷一次公平骰子,"出 到出 "这六种互斥结果覆盖了全部可能,它们的概率之和 。一件事的"所有可能结果"的概率加起来一定是 ——这是个很好用的检查口。
回过头看
到这节课,概率这一章就收尾了:
- 概率 是衡量随机事件可能性大小的数,范围 ;
- 等可能情形可直接算(数有利结果占比);
- 不等可能或未知时,用大量重复试验的频率去估计概率;
- 频率≠概率:频率是试验结果,会波动;概率是客观倾向,频率随试验增多而靠近它。
把这几节连起来看:从"什么事不确定",到"随机事可能性有大小",再到"用 的数把大小写下来"——这就是我们认识"不确定性"的完整一步。它和前面统计的部分(收集、整理、用数字描述数据)合在一起,构成了初中"统计与概率"的全貌。
本节课你应该能回答的问题
- 概率 的取值范围是什么? 和 分别是什么意思?
- 什么是频率?为什么说"频率不等于概率",二者关系是什么?
- 为什么用频率估计概率时,试验次数要"足够多"?抛 次硬币能定概率吗?
- 降水概率 是什么意思?它能告诉我们明天"一定下雨"吗?