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公式

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  1. Sample Mean and Variance

    Sample Mean and Variance: ガンマ分布に基づく乱数の生成

    Reported summary statistics over the generated values; variance uses the n-1 (sample) denominator.

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結果

Gamma(a, b) から生成された乱数
2.558278309, 1.871255940, 1.465900382, 2.592513199, 3.593062023, 0.6470526203, 2.486080745, 3.890487198, 0.6256035883, 4.753241732
個数 10
標本平均 2.448348
標本分散 1.844696
Theoretical mean (a·b) 3
Theoretical variance (a·b²) 3

このツールでできること

このジェネレーターは、指定した形状パラメータ a と尺度パラメータ b を持つガンマ分布に従う擬似乱数を生成します。ガンマ分布は正の値のみをとる連続分布で、信頼性工学、待ち行列理論、ベイズ統計(共役事前分布として)、降雨量や保険のモデリングなど、待ち時間や正の歪んだ量を扱うさまざまな分野で広く利用されています。国や地域に依存しない、普遍的な数学ツールです。

使い方

形状パラメータ a(0より大きい値)、尺度パラメータ b(0より大きい値)、生成したい乱数の個数(1〜1000)を入力します。表示する有効桁数も選んでください。計算ボタンを押すと、生成された乱数の一覧に加えて、標本平均と標本分散が表示されます。これらは理論上の平均・分散と並べて表示されるため、結果が妥当かどうかをすぐに確認できます。

計算式

確率密度関数は \(x > 0\) のとき

$$f(x; a, b) = \frac{1}{\Gamma(a)\cdot b} \cdot \left(\frac{x}{b}\right)^{a-1} \cdot e^{-x/b}$$

で表されます。ここで \(\Gamma(a)\) はガンマ関数です。この尺度パラメータ表記では、平均は \(a\cdot b\)、分散は \(a\cdot b^2\) となります。注意点として、\(b\) は尺度(スケール)であり、レート(率)ではありません。もし別のライブラリでレート \(\lambda = 1/b\) を用いている場合は、\(b = 1/\lambda\) と設定してください。乱数生成には、\(a \ge 1\) の場合に Marsaglia-Tsang のスクイーズ法を用い、\(a < 1\) の場合は一様乱数のべき乗による補正を加えます。生成した単位尺度の乱数に \(b\) を掛けて尺度を反映させます。

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同一軸上に示した、さまざまな形状値に対するガンマ分布の確率密度曲線
形状パラメータ a が変化すると、ガンマ分布の確率密度曲線の形が変わります。

計算例

\(a = 3\)、\(b = 1\)、個数 = 10 とすると、各値は Gamma(3,1) からのサンプルになります。理論上の平均は \(a\cdot b = 3\)、理論上の分散は \(a\cdot b^2 = 3\)(標準偏差 \(\approx 1.732\))です。生成される値の平均はおおよそ 3 付近、ばらつきは 1.7 程度になると考えられます。\(a = 2\)、\(b = 5\) に変えると平均は 10、分散は 50 となり、いずれの場合も値は必ず正になります。

理論的な密度曲線を重ねた、生成されたガンマ乱数サンプルのヒストグラム
生成したサンプルのヒストグラムは、背後にあるガンマ密度を近似します。

よくある質問

なぜ実行するたびに数値が変わるのですか? 出力は乱数のため、固定したシードを使わない限り、実行ごとに値が変わります。ただし標本平均と標本分散は理論値に近い値を保つはずです。

\(a = 1\) のときはどうなりますか? Gamma(1, b) は平均 \(b\) の指数分布になります。\(a\) が整数のときはアーラン分布となります。

b はレートですか、それとも尺度ですか? 尺度(スケール)です。平均は \(a\cdot b\) に等しいため、\(b\) が大きいほど分布はより大きな値の方向へ広がります。

最終更新: