- •§ 1. Испытания и события
- •§ 2. Виды случайных событий
- •§ 3. Классическое определение вероятности
- •§ 4. Основные формулы комбинаторики
- •§ 5. Примеры непосредственного вычисления вероятностей
- •§ 6. Относительная частота. Устойчивость относительной частоты
- •§ 7. Ограниченность классического определения вероятности. Статистическая вероятность
- •§ 8. Геометрические вероятности
- •§ 1. Теорема сложения вероятностей несовместных событий
- •§ 2. Полная группа событий
- •§ 3. Противоположные события
- •§ 4. Принцип практической невозможности маловероятных событий
- •§ 1. Произведение событий
- •§ 2. Условная вероятность
- •§ 3. Теорема умножения вероятностей
- •§ 4. Независимые события. Теорема умножения для независимых событий
- •§ 5. Вероятность появления хотя бы одного события
- •§ 1. Теорема сложения вероятностей совместных событий
- •§ 2. Формула полной вероятности
- •§ 3. Вероятность гипотез. Формулы Бейеса
- •§ 1. Формула Бернулли
- •§ 2. Локальная теорема Лапласа
- •§ 3. Интегральная теорема Лапласа
- •§ 4. Вероятность отклонения относительной частоты от постоянной вероятности в независимых испытаниях
- •§ 1. Случайная величина
- •§ 2. Дискретные и непрерывные случайные величины
- •§ 3. Закон распределения вероятностей дискретной случайной величины
- •§ 4. Биномиальное распределение
- •§ 5. Распределение Пуассона
- •§ 6. Простейший поток событий
- •§ 7. Геометрическое распределение
- •§ 8. Гипергеометрическое распределение
§ 6. Простейший поток событий
Рассмотрим события, которые наступают в случайные моменты времени.
Потоком событий называют последовательность событий, которые наступают в случайные моменты времени. Примерами потоков служат: поступление вызовов на АТС, на пункт неотложной медицинской помощи, прибытие самолетов в аэропорт, клиентов на предприятие бытового обслуживания, последовательность отказов элементов и многие другие.
Среди свойств, которыми могут обладать потоки, выделим свойства стационарности, отсутствия последействия и ординарности.
Свойство стационарности характеризуется тем, что вероятность появления k событий на любом промежутке от времени зависит только от числа k и от длительности t промежутка и не зависит от начала его отсчета; при этом различные промежутки времени предполагаются непересекающимися. Например, вероятности появления k событий на промежутках времени (1; 7), (10; 16), (Т; T + 6) одинаковой длительности t = 6 ед. времени равны между собой.
Итак, если поток обладает свойством, стационарности, то вероятность появления k событий за промежуток времени длительности t есть функция, зависящая только от k и t.
Свойство отсутствия последействия характеризуется тем, что вероятность появления k событий на любом промежутке времени не зависит от того, появлялись или не появлялись события в моменты времени, предшествующие началу рассматриваемого промежутка. Другими словами, условная вероятность появления k событий на любом промежутке времени, вычисленная при любых предположениях о том, что происходило до начала рассматриваемого промежутка (сколько событий появилось, в какой последовательности), равна безусловной вероятности. Таким образом, предыстория потока не сказывается на вероятности появления событий в ближайшем будущем.
Итак, если поток обладает свойством отсутствия последействия, то имеет место взаимная независимость появлений того или иного числа событий в непересекающиеся промежутки времени.
Свойство ординарности характеризуется тем, что появление двух и более событий за малый промежуток времени практически невозможно. Другими словами, вероятность появления более одного события пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью появления только одного события.
Итак, если поток обладает свойством ординарности, то за бесконечно малый промежуток времени может появиться не более одного события.
Простейшим (пуассоновским) называют поток событий, который обладает свойствами стационарности, отсутствия последействия и ординарности.
Замечание. Часто на практике трудно установить, обладает ли поток перечисленными выше свойствами. Поэтому были найдены и другие условия, при соблюдении которых поток можно считать простейшим или близким к простейшему. В частности, установлено, что если поток представляет собой сумму очень большого числа независимых стационарных потоков, влияние каждого из которых на всю сумму (суммарный поток) ничтожно мало, то суммарный исток (при условии его ординарности) близок к простейшему.
Интенсивностью потока называют среднее число событий, которые появляются в единицу времени.
Можно доказать, что если постоянная интенсивность потока известна, то вероятность появления k событий простейшего потока за время длительностью t определяется формулой Пуассона
Pt(k)= .
Эта формула отражает все свойства простейшего потока.
Действительно, из формулы видно, что вероятность появления k событий за время t, при заданной интенсивности является функцией k и t, что характеризует свойство стационарности.
Формула не использует информации о появлении событий до начала рассматриваемого промежутка, что характеризует свойство отсутствия последействия.
Убедимся, что формула отражает свойство ординарности. Положив k = 0 и k=1, найдем соответственно вероятности непоявления событий и появления одного события:
Pt(0)= , Pt(1)=
Следовательно, вероятность появления более одного события
Pt(k>1)=1-[Pt(0)+Pt(1)]=1-[ ].
Пользуясь разложением
после элементарных преобразований получим
Pt(k> 1) = ( t)2/2+ … .
Сравнивая Рt(1) и Pt(k>1), заключаем, что при малых значениях t вероятность появления более одного события пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью наступления одного события, что характеризует свойство ординарности.
Итак, формулу Пуассона можно считать математической моделью простейшего потока событий.
Пример. Среднее число вызовов, поступающих на АТС в одну минуту, равно двум. Найти вероятности того, что за 5 мин поступит: а) 2 вызова; б) менее двух вызовов; в) не менее двух вызовов. Поток вызовов предполагается простейшим.
Решение. По условию, = 2, t = 5, k = 2. Воспользуемся формулой Пуассона
Pt(k)= .
а)Искомая вероятность того, что за 5 мин поступит 2 вызова,
Р5 (2) = 102 * е-10/2! = 100*0,000045/2 = 0,00225.
Это событие практически невозможно.
б)События «не поступило ни одного вызова» и «поступил один вызов» несовместны, поэтому по теореме сложения искомая вероятность того, что за 5 мин поступит менее двух вызовов, равна
Р5 (k < 2) = Р5 (О)+Р5 (1) = е-10 + (10-е-10)/1! =0,000495.
Это событие практически невозможно.
в) События «поступило менее двух вызовов» и «поступило не менее двух вызовов» противоположны, поэтому искомая вероятность того, что за 5 мин поступит не менее двух вызовов,
Р5 (k 2) = 1 — Р5 (k < 2) = 1 — 0,000495 = 0,999505.
Это событие практически достоверно.