x

هدف البحث

بحث في العناوين

بحث في المحتوى

بحث في اسماء الكتب

بحث في اسماء المؤلفين

اختر القسم

القرآن الكريم
الفقه واصوله
العقائد الاسلامية
سيرة الرسول وآله
علم الرجال والحديث
الأخلاق والأدعية
اللغة العربية وعلومها
الأدب العربي
الأسرة والمجتمع
التاريخ
الجغرافية
الادارة والاقتصاد
القانون
الزراعة
علم الفيزياء
علم الكيمياء
علم الأحياء
الرياضيات
الهندسة المدنية
الأعلام
اللغة الأنكليزية

موافق

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

Hypergeometric Distribution

المؤلف:  Beyer, W. H.

المصدر:  CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press

الجزء والصفحة:  ...

18-4-2021

1108

Hypergeometric Distribution

Let there be n ways for a "good" selection and m ways for a "bad" selection out of a total of n+m possibilities. Take N samples and let x_i equal 1 if selection i is successful and 0 if it is not. Let x be the total number of successful selections,

 x=sum_(i=1)^Nx_i.

(1)

The probability of i successful selections is then

P(x=i) = ([# ways for i successes][# ways for N-i failures])/([total number of ways to select])

(2)

= ((n; i)(m; N-i))/((m+n; N))

(3)

= (m!n!N!(m+n-N)!)/(i!(n-i)!(m+i-N)!(N-i)!(m+n)!).

(4)

The hypergeometric distribution is implemented in the Wolfram Language as HypergeometricDistribution[Nnm+n].

The problem of finding the probability of such a picking problem is sometimes called the "urn problem," since it asks for the probability that i out of N balls drawn are "good" from an urn that contains n "good" balls and m "bad" balls. It therefore also describes the probability of obtaining exactly i correct balls in a pick-N lottery from a reservoir of r balls (of which n=N are "good" and m=r-N are "bad"). For example, for N=6 and r=36, the probabilities of obtaining i correct balls are given in the following table.

number correct probability odds
0 0.3048 2.280:1
1 0.4390 1.278:1
2 0.2110 3.738:1
3 0.04169 22.99:1
4 0.003350 297.5:1
5 9.241×10^(-5) 10820:1
6 5.134×10^(-7) 1.948×10^6:1

The ith selection has an equal likelihood of being in any trial, so the fraction of acceptable selections p is

 p=n/(m+n),

(5)

i.e.,

 P(x_i=1)=n/(m+n).

(6)

The expectation value of x is therefore simply

mu = <sum_(i=1)^(N)x_i>

(7)

= sum_(i=1)^(N)<x_i>

(8)

= sum_(i=1)^(N)n/(m+n)

(9)

= (nN)/(m+n).

(10)

This can also be computed by direct summation as

mu = sum_(i=0)^(N)i((n; i)(m; N-i))/((n+m; N))

(11)

= (nN)/(m+n).

(12)

The variance is

 var(x)=sum_(i=1)^Nvar(x_i)+sum_(i=1)^Nsum_(j=1; j!=i)^Ncov(x_i,x_j).

(13)

Since x_i is a Bernoulli variable,

var(x_i) = p(1-p)

(14)

= n/(n+m)(1-n/(n+m))

(15)

= n/(n+m)(1-n/(n+m))

(16)

= n/(n+m)((n+m-n)/(n+m))

(17)

= (nm)/((n+m)^2),

(18)

so

 sum_(i=1)^Nvar(x_i)=(Nnm)/((n+m)^2).

(19)

For i<j, the covariance is

 cov(x_i,x_j)=<x_ix_j>-<x_i><x_j>.

(20)

The probability that both i and j are successful for i!=j is

P(x_i=1,x_j=1) = P(x_i=1)P(x_j=1|x_i=1)

(21)

= n/(n+m)(n-1)/(n+m-1)

(22)

= (n(n-1))/((n+m)(n+m-1)).

(23)

But since x_i and x_j are random Bernoulli variables (each 0 or 1), their product is also a Bernoulli variable. In order for x_ix_j to be 1, both x_i and x_j must be 1,

<x_ix_j> = P(x_ix_j=1)=P(x_i=1,x_j=1)

(24)

= n/(n+m)(n-1)/(n+m-1)

(25)

= (n(n-1))/((n+m)(n+m-1)).

(26)

Combining (26) with

<x_i><x_j> = n/(n+m)n/(n+m)

(27)

= (n^2)/((n+m)^2),

(28)

gives

cov(x_i,x_j) = ((n+m)(n^2-n)-n^2(n+m-1))/((n+m)^2(n+m-1))

(29)

= -(mn)/((n+m)^2(n+m-1)).

(30)

There are a total of N^2 terms in a double summation over N. However, i=j for N of these, so there are a total of N^2-N=N(N-1) terms in the covariance summation

 sum_(i=1)^Nsum_(j=1; j!=i)^Ncov(x_i,x_j)=-(N(N-1)mn)/((n+m)^2(n+m-1)).

(31)

Combining equations (◇), (◇), (◇), and (◇) gives the variance

var(x) = (Nmn)/((n+m)^2)-(N(N-1)mn)/((n+m)^2(n+m-1))

(32)

= (Nmn(n+m-N))/((n+m)^2(n+m-1)),

(33)

so the final result is

 <x>=Np

(34)

and, since

 1-p=m/(n+m)

(35)

and

 np(1-p)=(mn)/((n+m)^2),

(36)

we have

sigma^2 = var(x)

(37)

= Np(1-p)(1-(N-1)/(n+m-1))

(38)

= (mnN(m+n-N))/((m+n)^2(m+n-1)).

(39)

This can also be computed directly from the sum

sigma^2 = sum_(i=0)^(N)((n; i)(m; N-i))/((n+m; N))(i-mu)^2

(40)

= (mnN(m+n-N))/((m+n)^2(m+n-1)).

(41)

The skewness is

gamma_1 = (q-p)/(sqrt(npq))sqrt((N-1)/(N-m))((N-2n)/(N-2))

(42)

= ((m-n)(m+n-2N))/(m+n-2)sqrt((m+n-1)/(mnN(m+n-N))),

(43)

and the kurtosis excess is given by a complicated expression.

The generating function is

 phi(t)=((m; N))/((n+m; N))_2F_1(-N,-n;m-N+1;e^(it)),

(44)

where _2F_1(a,b;c;z) is the hypergeometric function.

If the hypergeometric distribution is written

 h_n(x,s)=((np; x)(nq; s-x))/((n; s)),

(45)

then

 sum_(x=0)^sh_n(x,s)u^x=A_2F_1(-s,-np;nq-s+1;u),

(46)

where A is a constant.


REFERENCES:

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 532-533, 1987.

Feller, W. "The Hypergeometric Series." §2.6 in An Introduction to Probability Theory and Its Applications, Vol. 1, 3rd ed. New York: Wiley, pp. 41-45, 1968.

Spiegel, M. R. Theory and Problems of Probability and Statistics. New York: McGraw-Hill, pp. 113-114, 1992.

 شعار المرجع الالكتروني للمعلوماتية




البريد الألكتروني :
info@almerja.com
الدعم الفني :
9647733339172+