0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

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

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Poisson Distribution

المؤلف:  Beyer, W. H.

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

الجزء والصفحة:  ...

19-4-2021

4739

+

-

20

Poisson Distribution

 PoissonDistribution

Given a Poisson process, the probability of obtaining exactly n successes in N trials is given by the limit of a binomial distribution

 P_p(n|N)=(N!)/(n!(N-n)!)p^n(1-p)^(N-n).

(1)

Viewing the distribution as a function of the expected number of successes

 nu=Np

(2)

instead of the sample size N for fixed p, equation (2) then becomes

 P_(nu/N)(n|N)=(N!)/(n!(N-n)!)(nu/N)^n(1-nu/N)^(N-n),

(3)

Letting the sample size N become large, the distribution then approaches

P_nu(n) = lim_(N->infty)P_p(n|N)

(4)

= lim_(N->infty)(N(N-1)...(N-n+1))/(n!)(nu^n)/(N^n)(1-nu/N)^N(1-nu/N)^(-n)

(5)

= lim_(N->infty)(N(N-1)...(N-n+1))/(N^n)(nu^n)/(n!)(1-nu/N)^N(1-nu/N)^(-n)

(6)

= 1·(nu^n)/(n!)·e^(-nu)·1

(7)

= (nu^ne^(-nu))/(n!),

(8)

which is known as the Poisson distribution (Papoulis 1984, pp. 101 and 554; Pfeiffer and Schum 1973, p. 200). Note that the sample size N has completely dropped out of the probability function, which has the same functional form for all values of nu.

The Poisson distribution is implemented in the Wolfram Language as PoissonDistribution[mu].

As expected, the Poisson distribution is normalized so that the sum of probabilities equals 1, since

 sum_(n=0)^inftyP_nu(n)=e^(-nu)sum_(n=0)^infty(nu^n)/(n!)=e^(-nu)e^nu=1.

(9)

The ratio of probabilities is given by

 (P_nu(n=i+1))/(P(n=i))=((nu^(i+1)e^(-nu))/((i+1)!))/((e^(-nu)nu^i)/(i!))=nu/(i+1).

(10)

The Poisson distribution reaches a maximum when

 (dP_nu(n))/(dn)=(e^(-nu)n(gamma-H_n+lnnu))/(n!)=0,

(11)

where gamma is the Euler-Mascheroni constant and H_n is a harmonic number, leading to the transcendental equation

 gamma-H_n+lnnu=0,

(12)

which cannot be solved exactly for n.

The moment-generating function of the Poisson distribution is given by

M(t) = e^(-nu)e^(nue^t)=e^(nu(e^t-1))

(13)

= nue^te^(nu(e^t-1))

(14)

= (nue^t)^2e^(nu(e^t-1))+nue^te^(nu(e^t-1))

(15)

R(t) = nu(e^t-1)

(16)

= nue^t

(17)

= nue^t,

(18)

so

mu =

(19)

sigma^2 =

(20)

(Papoulis 1984, p. 554).

The raw moments can also be computed directly by summation, which yields an unexpected connection with the Bell polynomial phi_n(x) and Stirling numbers of the second kind,

 phi_n(x)=sum_(k=0)^infty(e^(-x)x^k)/(k!)k^n=sum_(k=1)^nx^kS(n,k)

(21)

known as Dobiński's formula. Therefore,

= nu(1+nu)

(22)

= nu(1+3nu+nu^2)

(23)

= nu(1+7nu+6nu^2+nu^3).

(24)

The central moments can then be computed as

mu_2 = nu

(25)

mu_3 = nu

(26)

mu_4 = nu(1+3nu),

(27)

so the mean, variance, skewness, and kurtosis excess are

mu = nu

(28)

sigma^2 = nu

(29)

gamma_1 = (mu_3)/(sigma^3)=nu/(nu^(3/2))=nu^(-1/2)

(30)

gamma_2 = (mu_4)/(sigma^4)-3=(nu(1+3nu))/(nu^2)-3

(31)

= (nu+3nu^2-3nu^2)/(nu^2)=nu^(-1).

(32)

The characteristic function for the Poisson distribution is

 phi(t)=e^(nu(e^(it)-1))

(33)

(Papoulis 1984, pp. 154 and 554), and the cumulant-generating function is

 K(h)=nu(e^h-1)=nu(h+1/(2!)h^2+1/(3!)h^3+...),

(34)

so

 kappa_r=nu.

(35)

The mean deviation of the Poisson distribution is given by

 MD=(2e^(-nu)nu^(|_nu_|+1))/(|_nu_|!).

(36)

The Poisson distribution can also be expressed in terms of

 lambda=nu/x,

(37)

the rate of changes, so that

 P_nu(n)=((lambdax)^ne^(-lambdax))/(n!).

(38)

The moment-generating function of a Poisson distribution in two variables is given by

 M(t)=e^((nu_1+nu_2)(e^t-1)).

(39)

If the independent variables x_1x_2, ..., x_N have Poisson distributions with parameters mu_1mu_2, ..., mu_N, then

 X=sum_(j=1)^Nx_j

(40)

has a Poisson distribution with parameter

 mu=sum_(j=1)^Nmu_j.

(41)

This can be seen since the cumulant-generating function is

 K_j(h)=mu_j(e^h-1)

(42)

 K=sum_(j)K_j(h)=(e^h-1)sum_(j)mu_j=mu(e^h-1).

(43)

A generalization of the Poisson distribution has been used by Saslaw (1989) to model the observed clustering of galaxies in the universe. The form of this distribution is given by

 f_b(N)=(N^_(1-b))/(N!)[N^_(1-b)+Nb]^(N-1)e^(N^_(1-b)-Nb),

(44)

where N is the number of galaxies in a volume VN^_=n^_Vn^_ is the average density of galaxies, and b=-W/(2K) approx 0.70+/-0.05, with 0<=b<1 is the ratio of gravitational energy to the kinetic energy of peculiar motions, Letting b=0 gives

 f_0(N)=(e^(-N^_)N^_^N)/(N!),

(45)

which is indeed a Poisson distribution with nu=N^_. Similarly, letting b=1 gives f_1(N)=0.


REFERENCES:

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

Grimmett, G. and Stirzaker, D. Probability and Random Processes, 2nd ed. Oxford, England: Oxford University Press, 1992.

Papoulis, A. "Poisson Process and Shot Noise." Ch. 16 in Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 554-576, 1984.

Pfeiffer, P. E. and Schum, D. A. Introduction to Applied Probability. New York: Academic Press, 1973.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Incomplete Gamma Function, Error Function, Chi-Square Probability Function, Cumulative Poisson Function." §6.2 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 209-214, 1992.

Saslaw, W. C. "Some Properties of a Statistical Distribution Function for Galaxy Clustering." Astrophys. J. 341, 588-598, 1989.

Spiegel, M. R. Theory and Problems of Probability and Statistics. New York: McGraw-Hill, pp. 111-112, 1992.

اخر الاخبار

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد