Skip to main content

事件的独立性

独立性是概率论区别于测度论的核心概念——它体现了随机事件之间"互不影响"的直观。

两个事件的独立性

定义

P(AB)=P(A)P(B)P(AB) = P(A) \cdot P(B),则称事件 AABB 相互独立

独立性与条件概率

P(B)>0P(B) > 0 时:

A ⁣ ⁣ ⁣B    P(AB)=P(A)A \perp\!\!\!\perp B \;\Longleftrightarrow\; P(A \mid B) = P(A)

BB 的发生不影响 AA 的概率。

独立性的性质

性质说明
不可能事件/必然事件\varnothingΩ\Omega 与任意事件独立
A ⁣ ⁣ ⁣BA \perp\!\!\!\perp BA ⁣ ⁣ ⁣BˉA \perp\!\!\!\perp \bar{B}Aˉ ⁣ ⁣ ⁣B\bar{A} \perp\!\!\!\perp BAˉ ⁣ ⁣ ⁣Bˉ\bar{A} \perp\!\!\!\perp \bar{B}
P(A)>0,P(B)>0P(A) > 0, P(B) > 0独立与互斥不能同时成立(AB=P(AB)=0P(A)P(B)AB = \varnothing \Rightarrow P(AB) = 0 \neq P(A)P(B)

多个事件的独立性

两两独立

nn 个事件 A1,,AnA_1, \ldots, A_n 两两独立:对任意 iji \neq j,有 P(AiAj)=P(Ai)P(Aj)P(A_i A_j) = P(A_i)P(A_j)

相互独立

nn 个事件 A1,,AnA_1, \ldots, A_n 相互独立:对任意 kk2kn2 \leq k \leq n)和 {i1,,ik}{1,,n}\{i_1, \ldots, i_k\} \subseteq \{1, \ldots, n\},有:

P(Ai1Ai2Aik)=P(Ai1)P(Ai2)P(Aik)P(A_{i_1} A_{i_2} \cdots A_{i_k}) = P(A_{i_1}) P(A_{i_2}) \cdots P(A_{i_k})

需要验证 2nn12^n - n - 1 个等式!

两两独立 \nRightarrow 相互独立

经典反例(Bernstein):掷两枚均匀硬币。定义:

  • AA:第一枚正面
  • BB:第二枚正面
  • CC:两枚结果相同

P(A)=P(B)=P(C)=1/2P(A) = P(B) = P(C) = 1/2A,B,CA, B, C 两两独立(每对乘积 =1/4= 1/4),但 P(ABC)=1/41/8P(ABC) = 1/4 \neq 1/8,不是相互独立。

试验的独立性

nn 重独立试验

nn 个试验 E1,,EnE_1, \ldots, E_n 相互独立:各试验所涉及的事件相互独立。

nn 重伯努利试验

每次试验只有两个结果(成功/失败),且各次试验独立、每次成功概率 pp 相同。

nn 重伯努利试验中,恰有 kk 次成功的概率:

P(X=k)=(nk)pk(1p)nk,k=0,1,,nP(X = k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}, \quad k = 0, 1, \ldots, n

这就是二项分布的分布列。

伯努利大数定律

nn 重伯努利试验中,事件 AA 的频率 nAn\frac{n_A}{n} 依概率收敛到其概率 pp。这为"频率稳定性"提供了数学依据(详见第四章大数定律)。

条件独立性

在给定事件 CCP(C)>0P(C) > 0)的条件下,若:

P(ABC)=P(AC)P(BC)P(AB \mid C) = P(A \mid C) \cdot P(B \mid C)

则称 AABB 在给定 CC条件独立

注意:无条件独立不一定推出条件独立,反之亦然。