Distribuzione di Poisson: differenze tra le versioni
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{{Variabile casuale
| nome = Distribuzione di Poisson <math>\mathcal{P}(\lambda)</math>
| tipo = distribuzione discreta
| pdf_image = [[File:Poisson pmf.svg|300px|Distribuzione di probabilità]]
| cdf_image = [[File:Poisson cdf.svg|300px|Funzione di ripartizione]]
| parametri = <math>\lambda>0\ </math>
| supporto = <math>\mathbb{N}</math>
| pdf = <math>\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda}</math>
| cdf = <math>\frac{\Gamma(n+1, \lambda)}{n!}</math><br />
<small>(dove <math>\Gamma(x, y)</math> è la [[funzione gamma incompleta]])</small>
| media = <math>\lambda\ </math>
| mediana = circa <math>\left[\lambda+\frac{1}{3}-\frac{1}{50\lambda}\right]</math>
| moda = <math>[\lambda]\ </math><br />sia <math>\lambda</math> che <math>\lambda-1</math> se <math>\lambda\in\mathbb{N}</math>
| varianza = <math>\lambda</math>
| skewness = <math>\frac{1}{\sqrt{\lambda}}</math>
| curtosi = <math>\frac{1}{\lambda}</math>
| entropia =<math>\lambda-\lambda\log\lambda+e^{-\lambda}\sum\frac{\lambda^n\log(n!)}{n!}</math>
| momgenfun = <math>e^{\lambda (e^t-1)}</math>
| funzcar = <math>e^{\lambda (e^{it}-1)}</math>
}}
In [[Teoria della probabilità|teoria delle probabilità]] la '''distribuzione di Poisson''' (o '''poissoniana''') è una [[Variabile casuale#Distribuzione di probabilità|distribuzione di probabilità]] [[distribuzione discreta|discreta]] che esprime le probabilità per il numero di eventi che si verificano successivamente ed indipendentemente in un dato intervallo di tempo, sapendo che ''[[valore atteso|mediamente]]'' se ne verifica un numero <math>\lambda</math>. Ad esempio, si utilizza una distribuzione di Poisson per misurare il numero di chiamate ricevute in un call-center in un determinato arco temporale, come una mattinata lavorativa.
Questa distribuzione è anche nota come '''legge degli eventi rari'''.
Prende il nome dal [[matematico]] [[Francia|francese]] [[Siméon-Denis Poisson]].
== Definizione ==
La distribuzione di Poisson <math>\mathcal{P}_\lambda (n)</math> è una [[Distribuzione discreta|distribuzione di probabilità discreta]] data da
:<math>\mathcal{P}_\lambda(n)=\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda}</math> per ogni <math>n\in\mathbb{N}</math>,
dove <math>\lambda</math> è il numero medio di eventi per intervallo di tempo, mentre <math>n</math> è il numero di eventi per intervallo di tempo (lo stesso col quale si misura <math>\lambda</math>) di cui si vuole la probabilità.
Dallo [[Serie di potenze|sviluppo in serie]] dell'[[Funzione esponenziale|esponenziale]] <math>e^\lambda=\sum_{n=0}^\infty\frac{\lambda^n}{n!}</math> si trova <math>\mathcal{P}(\mathbb{N})=1</math>.
===
La distribuzione di Poisson può essere ottenuta come [[limite (matematica)|limite]] delle [[distribuzione binomiale|distribuzioni binomiali]] <math>\mathcal{B}(n,p)</math>, con <math>\lambda=np</math>, ovvero si ha una [[Convergenza di variabili casuali#Convergenza in distribuzione|convergenza in legge]] di <math>\mathcal{B}(n , \lambda/n)</math> a <math>\mathcal{P}(\lambda)</math>. Per questa convergenza la distribuzione di Poisson è anche nota come ''legge (di probabilità) degli eventi rari''.
In [[statistica]] si adotta l'approssimazione della distribuzione binomiale tramite la distribuzione di Poisson quando n>20 e p<1/20, o preferibilmente quando n>100 e np<10.
== Caratteristiche ==
Una [[Variabile casuale|variabile aleatoria]] ''Y'' di distribuzione di Poisson ha
* [[valore atteso]]
:<math>E[Y]=\sum_{n=0}^{\infty} n\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda}=\sum_{n=1}^{\infty} n\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda}=\lambda e^{-\lambda}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\lambda^{n-1}}{(n-1)!}=\lambda e^{-\lambda}\sum_{n=0}^{\infty}\frac{\lambda^{n}}{n!}=\lambda</math>
* [[varianza]]
:<math>\begin{align}
\text{Var}(Y)&=E[Y^2]-(E[Y])^2\\
&=\sum_{n=0}^\infty n^2\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda}-\lambda^2\\
&=\sum_{n=0}^\infty n(n-1)\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda} + \sum_{n=0}^\infty n\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda} -\lambda^2 \\
&=\sum_{n=2}^\infty n(n-1)\frac{\lambda^n}{n!}e^{-\lambda} + \lambda -\lambda^2 \\
&=\lambda^2e^{-\lambda}\sum_{n=2}^\infty \frac{\lambda^{(n-2)}}{(n-2)!} + \lambda -\lambda^2\\
&=\lambda^2+\lambda-\lambda^2\\
&=\lambda
\end{align}</math>
:(Riscriviamo <math>n^2</math> come <math>n(n-1)+n</math>)
* [[funzione generatrice dei momenti]]
:<math>g(t,Y)=E[e^{tY}]=e^{-\lambda}\sum_{n=0}^\infty\frac{\lambda^n e^{tn}}{n!}=e^{-\lambda}e^{\lambda e^t}=e^{\lambda(e^t-1)}</math>
* indici di antisimmetria (in inglese: [[Simmetria (statistica)|skewness]]) e di [[curtosi]]
:<math>\gamma_1=\frac{1}{\sqrt{\lambda}}</math>, <math>\gamma_2=\frac{1}{\lambda}</math>
* [[entropia (teoria dell'informazione)|entropia]]
:<math>\lambda-\lambda\log\lambda+e^{-\lambda}\sum_{n=0}^\infty\frac{\lambda^n\log(n!)}{n!}</math>
che ha un andamento <math>\frac{1+\log(2\pi)}{2}\ +\ \frac{1}{2}\log\lambda\ -\ \frac{1}{12}\lambda^{-1}\ -\ \frac{1}{24} \lambda^{-2}\ -\ \frac{19}{360} \lambda^{-3}\ +\ O(\lambda^{-4})</math>
=== Proprietà ===
Se <math>Y_1</math> e <math>Y_2</math> sono due [[Variabile casuale|variabili aleatorie]] [[Variabili dipendenti e indipendenti|indipendenti]] con distribuzioni di Poisson di parametri <math>\lambda_1</math> e <math>\lambda_2</math> rispettivamente, allora
* la loro somma <math>Y=Y_1+Y_2</math> segue ancora una distribuzione di Poisson, di parametro <math>\lambda=\lambda_1+\lambda_2</math>;
* la distribuzione di <math>Y_1</math> [[probabilità condizionata|condizionata]] da <math>Y = n</math> è la [[distribuzione binomiale]] di parametri <math>\lambda_1/\lambda</math> e <math>n</math>.
Più in generale, la somma <math>Y=Y_1+...+Y_n</math> di ''n'' variabili aleatorie indipendenti con distribuzioni di Poisson di parametri <math>\lambda_1,...,\lambda_n</math> segue una distribuzione di Poisson di parametro <math>\lambda=\lambda_1+...+\lambda_n</math>, mentre la distribuzione di <math>Y_1</math> [[probabilità condizionata|condizionata]] da <math>Y = n</math> è la [[distribuzione binomiale]] di parametri <math>\lambda_1/\lambda</math> e <math>n</math>.
== Distribuzioni collegate ==
Se la distribuzione di Poisson di parametro <math>\lambda</math> descrive il numero di eventi in un intervallo di tempo, il tempo di attesa tra due eventi successivi è descritto dalla [[distribuzione esponenziale]] di parametro <math>\lambda</math>.
La [[distribuzione di Skellam]] è definita come la distribuzione della differenza tra due variabili aleatorie indipendenti aventi entrambe distribuzioni di Poisson.
La [[mistura di distribuzioni]] tra la distribuzione di Poisson e la [[distribuzione Gamma]] (che governa il parametro <math>\lambda</math>) è la [[distribuzione di Pascal]], che talvolta è anche detta ''Gamma-Poisson''.
La [[distribuzione di Panjer]], definita per ricorsione, generalizza la distribuzione di Poisson: <math>P(n)=\frac{\lambda}{n}P(n-1)</math>.
== Statistica ==
=== Approssimazioni ===
Per <math>\lambda>1000</math> una [[Variabile casuale|variabile aleatoria]] con distribuzione di Poisson <math>\mathcal{P}(\lambda)</math> viene solitamente approssimata con la [[distribuzione normale]] <math>\mathcal{N}(\lambda,\lambda)</math>; per parametri più piccoli (<math>\lambda>10</math>) sono invece necessarie delle [[correzione di continuità|correzioni di continuità]], legate ai diversi [[Dominio e codominio|domini]] delle due distribuzioni (una discreta, una continua).
La [[radice quadrata]] di una variabile aleatoria con distribuzione di Poisson è approssimata da una [[distribuzione normale]] meglio di quanto lo sia la variabile stessa.
Il parametro <math>\lambda</math> può essere [[stimatore|stimato]] come la media delle osservazioni effettuate. Questo stimatore è privo di [[bias (statistica)|bias]], ovvero ha come [[valore atteso]] <math>\lambda</math> stesso.
=== Inferenza bayesiana ===
== Storia ==
Questa distribuzione fu introdotta da [[Siméon-Denis Poisson]] nel [[1838]] nel suo articolo ''Recherches sur la probabilité des jugements en matière criminelle et en matière civile''<ref>{{cita libro|lingua= en |autore= Jan Gullberg |titolo= Mathematics from the birth of numbers |anno= 1997 |url= https://archive.org/details/mathematicsfromb1997gull |editore= W. W. Norton & Company |pp= [https://archive.org/details/mathematicsfromb1997gull/page/963 963]-965 |ISBN= 978-0-393-04002-9 }}</ref><ref>{{cita libro|autore= Filippo Siriani |titolo= Enciclopedia delle Matematiche elementari e complementi |volume= vol. III |p= 214 |editore= Hoepli Editore |città= Milano |anno= 1954}}</ref>.
Secondo alcuni storici questa variabile casuale dovrebbe portare il nome di [[Vladislav Iosifovič Bortkevič|Ladislaus Bortkevič]] considerati gli studi fatti da questo nel [[1898]].<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Ladislaus|cognome=von Bortkevič|titolo=Das Gesetz der kleinen Zahlen|lingua=de|città=Lipsia|editore=B.G. Teubner|anno=1898|url=https://books.google.com/books?id=o_k3AAAAMAAJ&pg=PA1#v=onepage&q&f=false |p=1}}<br>{{Cita web|url=https://books.google.com/books?id=o_k3AAAAMAAJ&pg=PA23#v=onepage&q&f=false|pp=23-25|titolo=Bortkiewicz presents his famous analysis of "4. Beispiel: Die durch Schlag eines Pferdes im preussischen Heere Getöteten." (4. Example: Those killed in the Prussian army by a horse's kick |lingua=en}}</ref>
In realtà la ''poissoniana'' come approssimazione della ''binomiale'' era già stata introdotta nel [[1718]] da [[Abraham de Moivre]] in ''Doctrine des chances''.<ref name="JKK157">{{cita libro|autore= Johnson, N.L. |autore2= Kotz, S. |autore3= Kemp, A.W. |anno= 1993 |titolo= Univariate Discrete distributions |ed=2 |editore= Wiley |ISBN= 0-471-54897-9 |p=157 |lingua= en}}</ref>
== Tavole dei valori della funzione di probabilità ==
=== λ = 0,1; 0,2; ... 1,0 ===
{| class="wikitable"
! k !! 0,1 !! 0,2 !! 0,3 !! 0,4 !! 0,5 !! 0,6 !! 0,7 !! 0,8 !! 0,9 !! 1,0
|-
| 0 || {{M|.9048}} || {{M|.8187}} || {{M|.7408}} || {{M|.6703}} || {{M|.6065}} || {{M|.5488}} || {{M|.4966}} || {{M|.4493}} || {{M|.4066}} || {{M|.3679}}
|-
| 1 || {{M|.0905}} || {{M|.1637}} || {{M|.2222}} || {{M|.2681}} || {{M|.3033}} || {{M|.3293}} || {{M|.3476}} || {{M|.3595}} || {{M|.3659}} || {{M|.3679}}
|-
| 2 || {{M|.0045}} || {{M|.0164}} || {{M|.0333}} || {{M|.0536}} || {{M|.0758}} || {{M|.0988}} || {{M|.1217}} || {{M|.1438}} || {{M|.1647}} || {{M|.1839}}
|-
| 3 || {{M|.0002}} || {{M|.0011}} || {{M|.0033}} || {{M|.0072}} || {{M|.0126}} || {{M|.0198}} || {{M|.0254}} || {{M|.0383}} || {{M|.0494}} || {{M|.0613}}
|-
| 4 || || {{M|.0001}} || {{M|.0003}} || {{M|.0007}} || {{M|.0016}} || {{M|.0030}} || {{M|.0050}} || {{M|.0077}} || {{M|.0111}} || {{M|.0153}}
|-
| 5 || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0004}} || {{M|.0007}} || {{M|.0012}} || {{M|.0020}} || {{M|.0031}}
|-
| 6 || || || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0003}} || {{M|.0005}}
|-
| 7 || || || || || || || || || || {{M|.0001}}
|}
=== λ = 1,2; 1,4; ... 3,0 ===
{| class="wikitable"
! k !! 1,2 !! 1,4 !! 1,6 !! 1,8 !! 2,0 !! 2,2 !! 2,4 !! 2,6 !! 2,8 !! 3,0
|-
| 0 || {{M|.3012}} || {{M|.2466}} || {{M|.2019}} || {{M|.1653}} || {{M|.1353}} || {{M|.1108}} || {{M|.0907}} || {{M|.0743}} || {{M|.0608}} || {{M|.0498}}
|-
| 1 || {{M|.3614}} || {{M|.3452}} || {{M|.3230}} || {{M|.2975}} || {{M|.2707}} || {{M|.2438}} || {{M|.2177}} || {{M|.1931}} || {{M|.1703}} || {{M|.1494}}
|-
| 2 || {{M|.2169}} || {{M|.2417}} || {{M|.2584}} || {{M|.2678}} || {{M|.2707}} || {{M|.2681}} || {{M|.2613}} || {{M|.2510}} || {{M|.2384}} || {{M|.2240}}
|-
| 3 || {{M|.0867}} || {{M|.1128}} || {{M|.1378}} || {{M|.1607}} || {{M|.1804}} || {{M|.1966}} || {{M|.2090}} || {{M|.2176}} || {{M|.2225}} || {{M|.2240}}
|-
| 4 || {{M|.0260}} || {{M|.0395}} || {{M|.0551}} || {{M|.0723}} || {{M|.0902}} || {{M|.1082}} || {{M|.1254}} || {{M|.1414}} || {{M|.1557}} || {{M|.1680}}
|-
| 5 || {{M|.0062}} || {{M|.0111}} || {{M|.0176}} || {{M|.0260}} || {{M|.0361}} || {{M|.0476}} || {{M|.0602}} || {{M|.0735}} || {{M|.0872}} || {{M|.1008}}
|-
| 6 || {{M|.0012}} || {{M|.0026}} || {{M|.0047}} || {{M|.0078}} || {{M|.0120}} || {{M|.0174}} || {{M|.0241}} || {{M|.0319}} || {{M|.0407}} || {{M|.0504}}
|-
| 7 || {{M|.0002}} || {{M|.0005}} || {{M|.0011}} || {{M|.0020}} || {{M|.0034}} || {{M|.0055}} || {{M|.0083}} || {{M|.0118}} || {{M|.0163}} || {{M|.0216}}
|-
| 8 || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0005}} || {{M|.0009}} || {{M|.0015}} || {{M|.0025}} || {{M|.0038}} || {{M|.0057}} || {{M|.0081}}
|-
| 9 || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0004}} || {{M|.0007}} || {{M|.0011}} || {{M|.0018}} || {{M|.0027}}
|-
| 10 || || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0003}} || {{M|.0005}} || {{M|.0008}}
|-
| 11 || || || || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0001}} || {{M|.0002}}
|-
| 12 || || || || || || || || || || {{M|.0002}}
|}
=== λ = 3,5; 4,0; ... 8,0 ===
{| class="wikitable"
! k !! 3,5 !! 4,0 !! 4,5 !! 5,0 !! 5,5 !! 6,0 !! 6,5 !! 7,0 !! 7,5 !! 8,0
|-
| 0|| {{M|.0302}} || {{M|.0183}} || {{M|.0111}} || {{M|.0067}} || {{M|.0041}} || {{M|.0025}} || {{M|.0015}} || {{M|.0009}} || {{M|.0006}} || {{M|.0003}}
|-
| 1|| {{M|.1057}} || {{M|.0733}} || {{M|.0500}} || {{M|.0337}} || {{M|.0225}} || {{M|.0149}} || {{M|.0098}} || {{M|.0064}} || {{M|.0041}} || {{M|.0027}}
|-
| 2|| {{M|.1850}} || {{M|.1465}} || {{M|.1125}} || {{M|.0842}} || {{M|.0618}} || {{M|.0446}} || {{M|.0318}} || {{M|.0223}} || {{M|.0156}} || {{M|.0107}}
|-
| 3|| {{M|.2158}} || {{M|.1954}} || {{M|.1687}} || {{M|.1404}} || {{M|.1133}} || {{M|.0892}} || {{M|.0688}} || {{M|.0521}} || {{M|.0389}} || {{M|.0286}}
|-
| 4|| {{M|.1888}} || {{M|.1954}} || {{M|.1898}} || {{M|.1755}} || {{M|.1558}} || {{M|.1339}} || {{M|.1118}} || {{M|.0912}} || {{M|.0729}} || {{M|.0573}}
|-
| 5|| {{M|.1322}} || {{M|.1563}} || {{M|.1708}} || {{M|.1755}} || {{M|.1714}} || {{M|.1606}} || {{M|.1454}} || {{M|.1277}} || {{M|.1094}} || {{M|.0916}}
|-
| 6|| {{M|.0771}} || {{M|.1042}} || {{M|.1281}} || {{M|.1462}} || {{M|.1571}} || {{M|.1606}} || {{M|.1575}} || {{M|.1490}} || {{M|.1367}} || {{M|.1221}}
|-
| 7|| {{M|.0385}} || {{M|.0595}} || {{M|.0824}} || {{M|.1044}} || {{M|.1234}} || {{M|.1377}} || {{M|.1462}} || {{M|.1490}} || {{M|.1465}} || {{M|.1396}}
|-
| 8|| {{M|.0169}} || {{M|.0298}} || {{M|.0463}} || {{M|.0653}} || {{M|.0849}} || {{M|.1033}} || {{M|.1188}} || {{M|.1304}} || {{M|.1373}} || {{M|.1396}}
|-
| 9|| {{M|.0066}} || {{M|.0132}} || {{M|.0232}} || {{M|.0363}} || {{M|.0519}} || {{M|.0688}} || {{M|.0858}} || {{M|.1014}} || {{M|.1144}} || {{M|.1241}}
|-
| 10|| {{M|.0023}} || {{M|.0053}} || {{M|.0104}} || {{M|.0181}} || {{M|.0285}} || {{M|.0413}} || {{M|.0558}} || {{M|.0710}} || {{M|.0858}} || {{M|.0993}}
|-
| 11|| {{M|.0007}} || {{M|.0019}} || {{M|.0043}} || {{M|.0082}} || {{M|.0143}} || {{M|.0225}} || {{M|.0330}} || {{M|.0452}} || {{M|.0585}} || {{M|.0722}}
|-
| 12|| {{M|.0002}} || {{M|.0006}} || {{M|.0016}} || {{M|.0034}} || {{M|.0065}} || {{M|.0113}} || {{M|.0179}} || {{M|.0263}} || {{M|.0366}} || {{M|.0481}}
|-
| 13|| {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0006}} || {{M|.0013}} || {{M|.0028}} || {{M|.0052}} || {{M|.0089}} || {{M|.0142}} || {{M|.0211}} || {{M|.0296}}
|-
| 14 || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0005}} || {{M|.0011}} || {{M|.0022}} || {{M|.0041}} || {{M|.0071}} || {{M|.0113}} || {{M|.0169}}
|-
| 15 || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0004}} || {{M|.0009}} || {{M|.0018}} || {{M|.0033}} || {{M|.0057}} || {{M|.0090}}
|-
| 16 || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0003}} || {{M|.0007}} || {{M|.0014}} || {{M|.0026}} || {{M|.0045}}
|-
| 17 || || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0003}} || {{M|.0006}} || {{M|.0012}} || {{M|.0021}}
|-
| 18 || || || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0005}} || {{M|.0009}}
|-
| 19 || || || || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}} || {{M|.0004}}
|-
| 20 || || || || || || || || || {{M|.0001}} || {{M|.0002}}
|-
| 21 || || || || || || || || || || {{M|.00001}}
|}
== Note ==
<references/>
== Bibliografia ==
* {{Cita libro
| autore = [[Donald Knuth|Donald E. Knuth]]
| titolo = Seminumerical Algorithms
| url = https://archive.org/details/artofcomputerpro0000knut
| editore = [[Addison-Wesley]]
|serie= The Art of Computer Programming, Volume 2
| anno = 1969
| lingua = inglese
}}
* {{Cita pubblicazione
| autore=Ronald J. Evans, J. Boersma, N. M. Blachman, A. A. Jagers
| titolo=The Entropy of a Poisson Distribution: Problem 87-6
| rivista=SIAM Review
| anno=1988
| volume=30
| numero=2
| pp=314-317
| doi=10.1137/1030059
| lingua = inglese
}}
*{{cita libro|autore=Sheldon M. Ross|titolo=Probabilità e statistica per l'ingegneria e le scienze|editore=Apogeo|città=Trento|anno=2003|cid=Ross, 2003|isbn=88-7303-897-2}}
== Voci correlate ==
* [[Distribuzione binomiale]]
* [[Mistura di distribuzioni]]
* [[Convergenza di variabili casuali]]
== Altri progetti ==
{{interprogetto|preposizione=sulla}}
== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* {{FOLDOC|Poisson distribution|Poisson distribution}}
* {{cita web|http://goldbook.iupac.org/P04707.html|IUPAC Gold Book, "Poisson distribution"|lingua=en}}
{{Probabilità}}
{{Controllo di autorità}}
{{Portale|matematica}}
[[Categoria:Distribuzioni di probabilità|Poisson]]
[[Categoria:Statistica computazionale]]
[[Categoria:Psicometria]]
| |||