859 words
2 minutes
概率论与数理统计公式整理
2026-01-12

这是一份整理好的《概率论与数理统计》核心公式合集,涵盖了从基础概率到假设检验的主要内容。公式采用Markdown和LaTeX格式编写,清晰易读。


概率论与数理统计公式速查表#

第一部分:随机事件与概率#

1. 基本公式#

  • 加法公式: P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(AB)P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(AB) 若 A,BA, B 互斥,则 P(A∪B)=P(A)+P(B)P(A \cup B) = P(A) + P(B)。
  • 减法公式: P(A−B)=P(A)−P(AB)P(A - B) = P(A) - P(AB)
  • 条件概率: P(B∣A)=P(AB)P(A),P(A)>0P(B|A) = \frac{P(AB)}{P(A)}, \quad P(A) > 0
  • 乘法公式: P(AB)=P(A)P(B∣A)P(AB) = P(A)P(B|A) P(A1A2...An)=P(A1)P(A2∣A1)...P(An∣A1...An−1)P(A_1A_2...A_n) = P(A_1)P(A_2|A_1)...P(A_n|A_1...A_{n-1})

2. 全概率公式与贝叶斯公式#

设 B1,B2,...,BnB_1, B_2, ..., B_n 为样本空间 Ω\Omega 的一个划分,且 P(Bi)>0P(B_i) > 0。

  • 全概率公式: P(A)=∑i=1nP(Bi)P(A∣Bi)P(A) = \sum_{i=1}^{n} P(B_i)P(A|B_i)
  • 贝叶斯公式 (逆概率公式): P(Bi∣A)=P(Bi)P(A∣Bi)∑j=1nP(Bj)P(A∣Bj)P(B_i|A) = \frac{P(B_i)P(A|B_i)}{\sum_{j=1}^{n} P(B_j)P(A|B_j)}

3. 事件的独立性#

  • 若 A,BA, B 独立,则: P(AB)=P(A)P(B)P(AB) = P(A)P(B) P(B∣A)=P(B)P(B|A) = P(B)

第二部分:一维随机变量及其分布#

1. 离散型随机变量#

  • 分布律:P(X=xk)=pk,∑pk=1P(X=x_k) = p_k, \quad \sum p_k = 1
  • 常见分布:
    • 0-1分布 B(1,p)B(1, p):P(X=k)=pk(1−p)1−k,k=0,1P(X=k) = p^k(1-p)^{1-k}, \quad k=0,1
    • 二项分布 B(n,p)B(n, p):P(X=k)=Cnkpk(1−p)n−kP(X=k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k}
    • 泊松分布 P(λ)P(\lambda):P(X=k)=λkk!e−λP(X=k) = \frac{\lambda^k}{k!}e^{-\lambda}
    • 几何分布 G(p)G(p):P(X=k)=(1−p)k−1pP(X=k) = (1-p)^{k-1}p (第 kk 次首次成功)
    • 超几何分布 H(N,M,n)H(N, M, n):P(X=k)=CMkCN−Mn−kCNnP(X=k) = \frac{C_M^k C_{N-M}^{n-k}}{C_N^n}

2. 连续型随机变量#

  • 概率密度函数 (PDF) f(x)f(x) 性质: f(x)≥0,∫−∞+∞f(x)dx=1f(x) \ge 0, \quad \int_{-\infty}^{+\infty} f(x)dx = 1
  • 分布函数 (CDF) F(x)F(x): F(x)=P(X≤x)=∫−∞xf(t)dtF(x) = P(X \le x) = \int_{-\infty}^{x} f(t)dt P(a<X≤b)=F(b)−F(a)P(a < X \le b) = F(b) - F(a)
  • 常见分布:
    • 均匀分布 U(a,b)U(a, b): f(x)={1b−a,a<x<b0,其他f(x) = \begin{cases} \frac{1}{b-a}, & a < x < b \\ 0, & \text{其他} \end{cases}
    • 指数分布 E(λ)E(\lambda): f(x)={λe−λx,x>00,x≤0f(x) = \begin{cases} \lambda e^{-\lambda x}, & x > 0 \\ 0, & x \le 0 \end{cases}
    • 正态分布 N(μ,σ2)N(\mu, \sigma^2): f(x)=12πσe−(x−μ)22σ2f(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}\sigma} e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}} 标准正态分布 Φ(x)\Phi(x) 对应 N(0,1)N(0, 1)。

第三部分:多维随机变量#

1. 边缘分布#

  • 离散型: P(X=xi)=∑jP(X=xi,Y=yj)P(X=x_i) = \sum_{j} P(X=x_i, Y=y_j)
  • 连续型: fX(x)=∫−∞+∞f(x,y)dyf_X(x) = \int_{-\infty}^{+\infty} f(x, y) dy

2. 独立性#

F(x,y)=FX(x)FY(y)F(x, y) = F_X(x)F_Y(y)

  • 连续型充要条件:f(x,y)=fX(x)fY(y)f(x, y) = f_X(x)f_Y(y)
  • 离散型充要条件:P(X=xi,Y=yj)=P(X=xi)P(Y=yj)P(X=x_i, Y=y_j) = P(X=x_i)P(Y=y_j)

3. 卷积公式 (两个独立变量之和 Z=X+Y)#

fZ(z)=∫−∞+∞fX(x)fY(z−x)dxf_Z(z) = \int_{-\infty}^{+\infty} f_X(x)f_Y(z-x)dx

  • 正态可加性:若 X∼N(μ1,σ12),Y∼N(μ2,σ22)X \sim N(\mu_1, \sigma_1^2), Y \sim N(\mu_2, \sigma_2^2) 且独立,则 X+Y∼N(μ1+μ2,σ12+σ22)X+Y \sim N(\mu_1+\mu_2, \sigma_1^2+\sigma_2^2)。

第四部分:数字特征#

1. 数学期望 E(X)E(X)#

  • 定义:
    • 离散:E(X)=∑xkpkE(X) = \sum x_k p_k
    • 连续:E(X)=∫−∞+∞xf(x)dxE(X) = \int_{-\infty}^{+\infty} x f(x) dx
  • 性质:
    • E(C)=CE(C) = C
    • E(aX+b)=aE(X)+bE(aX + b) = aE(X) + b
    • E(X+Y)=E(X)+E(Y)E(X + Y) = E(X) + E(Y)
    • 若 X,YX, Y 独立,则 E(XY)=E(X)E(Y)E(XY) = E(X)E(Y)

2. 方差 D(X)D(X) 或 Var(X)Var(X)#

  • 定义: D(X)=E[(X−E(X))2]=E(X2)−[E(X)]2D(X) = E[(X - E(X))^2] = E(X^2) - [E(X)]^2
  • 性质:
    • D(C)=0D(C) = 0
    • D(aX+b)=a2D(X)D(aX + b) = a^2 D(X)
    • 若 X,YX, Y 独立,则 D(X±Y)=D(X)+D(Y)D(X \pm Y) = D(X) + D(Y)

3. 常见分布的期望与方差表#

分布记号期望 E(X)E(X)方差 D(X)D(X)
0-1分布B(1,p)B(1, p)ppp(1−p)p(1-p)
二项分布B(n,p)B(n, p)npnpnp(1−p)np(1-p)
泊松分布P(λ)P(\lambda)λ\lambdaλ\lambda
几何分布G(p)G(p)1/p1/p(1−p)/p2(1-p)/p^2
均匀分布U(a,b)U(a, b)a+b2\frac{a+b}{2}(b−a)212\frac{(b-a)^2}{12}
指数分布E(λ)E(\lambda)1/λ1/\lambda1/λ21/\lambda^2
正态分布N(μ,σ2)N(\mu, \sigma^2)μ\muσ2\sigma^2

4. 协方差与相关系数#

  • 协方差: Cov(X,Y)=E[(X−EX)(Y−EY)]=E(XY)−E(X)E(Y)Cov(X, Y) = E[(X-EX)(Y-EY)] = E(XY) - E(X)E(Y) D(X+Y)=D(X)+D(Y)+2Cov(X,Y)D(X+Y) = D(X) + D(Y) + 2Cov(X, Y)
  • 相关系数: ρXY=Cov(X,Y)D(X)D(Y)\rho_{XY} = \frac{Cov(X, Y)}{\sqrt{D(X)}\sqrt{D(Y)}} ∣ρXY∣≤1|\rho_{XY}| \le 1。若 ρXY=0\rho_{XY} = 0,称 X,YX, Y 不相关(注意:独立必不相关,不相关不一定独立,正态分布除外)。

第五部分:大数定律与中心极限定理#

1. 切比雪夫不等式#

设 E(X)=μ,D(X)=σ2E(X)=\mu, D(X)=\sigma^2,则对于任意 ϵ>0\epsilon > 0: P{∣X−μ∣≥ϵ}≤σ2ϵ2P\{|X - \mu| \ge \epsilon\} \le \frac{\sigma^2}{\epsilon^2}

2. 中心极限定理 (CLT)#

设 X1,...,XnX_1, ..., X_n 独立同分布(i.i.d.),且 E(Xi)=μ,D(Xi)=σ2E(X_i)=\mu, D(X_i)=\sigma^2。当 nn 充分大时: ∑i=1nXi−nμnσ∼N(0,1)\frac{\sum_{i=1}^n X_i - n\mu}{\sqrt{n}\sigma} \sim N(0, 1)


第六部分:数理统计基础#

1. 统计量#

  • 样本均值:Xˉ=1n∑i=1nXi\bar{X} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i
    • 性质:E(Xˉ)=μ,D(Xˉ)=σ2nE(\bar{X}) = \mu, \quad D(\bar{X}) = \frac{\sigma^2}{n}
  • 样本方差 (无偏):S2=1n−1∑i=1n(Xi−Xˉ)2S^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^n (X_i - \bar{X})^2
    • 性质:E(S2)=σ2E(S^2) = \sigma^2
  • 样本k阶原点矩:Ak=1n∑XikA_k = \frac{1}{n}\sum X_i^k

2. 三大抽样分布#

  • χ2\chi^2 分布:设 Xi∼N(0,1)X_i \sim N(0,1) 独立,则 ∑i=1nXi2∼χ2(n)\sum_{i=1}^n X_i^2 \sim \chi^2(n)。
  • tt 分布:设 X∼N(0,1),Y∼χ2(n)X \sim N(0,1), Y \sim \chi^2(n) 且独立,则 XY/n∼t(n)\frac{X}{\sqrt{Y/n}} \sim t(n)。
  • FF 分布:设 U∼χ2(n1),V∼χ2(n2)U \sim \chi^2(n_1), V \sim \chi^2(n_2) 且独立,则 U/n1V/n2∼F(n1,n2)\frac{U/n_1}{V/n_2} \sim F(n_1, n_2)。

3. 正态总体的抽样性质 (重要)#

设总体 X∼N(μ,σ2)X \sim N(\mu, \sigma^2):

  1. Xˉ∼N(μ,σ2/n)\bar{X} \sim N(\mu, \sigma^2/n)
  2. (n−1)S2σ2∼χ2(n−1)\frac{(n-1)S^2}{\sigma^2} \sim \chi^2(n-1)
  3. Xˉ\bar{X} 与 S2S^2 相互独立
  4. Xˉ−μS/n∼t(n−1)\frac{\bar{X} - \mu}{S/\sqrt{n}} \sim t(n-1) (用于未知 σ2\sigma^2 时估计 μ\mu)

第七部分:参数估计#

1. 矩估计法#

令样本矩等于总体矩: Ak=E(Xk)A_k = E(X^k) 即 1n∑i=1nXik=E(Xk(θ))\frac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i^k = E(X^k(\theta)),解方程组得 θ^\hat{\theta}。

2. 极大似然估计法 (MLE)#

  1. 写出似然函数:
    • 离散型:L(θ)=∏i=1nP(Xi=xi;θ)L(\theta) = \prod_{i=1}^n P(X_i=x_i; \theta)
    • 连续型:L(θ)=∏i=1nf(xi;θ)L(\theta) = \prod_{i=1}^n f(x_i; \theta)
  2. 取对数:ln⁡L(θ)\ln L(\theta)
  3. 求导并令为0:ddθln⁡L(θ)=0\frac{d}{d\theta} \ln L(\theta) = 0
  4. 解出 θ^\hat{\theta}。

第八部分:假设检验 (单个正态总体)#

检验步骤:提出原假设 H0H_0 -> 构造统计量 -> 确定拒绝域。

1. 均值 μ\mu 的检验 (α\alpha 为显著性水平)#

情况已知条件检验统计量拒绝域 (H0:μ=μ0H_0: \mu = \mu_0)
Z检验σ2\sigma^2 已知Z=Xˉ−μ0σ/nZ = \frac{\bar{X}-\mu_0}{\sigma/\sqrt{n}}∥Z∥>zα/2\|Z\| > z_{\alpha/2} (双侧)
t检验σ2\sigma^2 未知T=Xˉ−μ0S/nT = \frac{\bar{X}-\mu_0}{S/\sqrt{n}}∥T∥>tα/2(n−1)\|T\| > t_{\alpha/2}(n-1)

2. 方差 σ2\sigma^2 的检验#

情况已知条件检验统计量拒绝域 (H0:σ2=σ02H_0: \sigma^2 = \sigma_0^2)
χ2\chi^2检验μ\mu 未知χ2=(n−1)S2σ02\chi^2 = \frac{(n-1)S^2}{\sigma_0^2}χ2>χ1−α/22(n−1)\chi^2 > \chi^2_{1-\alpha/2}(n-1) 或 <χα/22(n−1)< \chi^2_{\alpha/2}(n-1)
Share

If this article helped you, please share it with others!

概率论与数理统计公式整理
https://blog.gonelove.de/posts/概率论与数理统计公式整理/
Author
Gone_Love
Published at
2026-01-12
License
CC BY-NC-SA 4.0

Some information may be outdated

Table of Contents