什么是累积二项分布概率?
累积二项分布概率 \(P(X \le k)\) 表示在 n 次相互独立的试验中,成功次数不超过 k 次的概率,其中每次试验的成功概率 p 都相同。它把成功次数从 0 到 k 的所有单项概率逐一相加。本计算器是通用工具,适用于任何二项试验场景,比如抛硬币、质量抽检或通过/不通过测试。
如何使用本计算器
只需填入三个数值:试验次数 n、作为分界点的成功次数 k,以及每次试验的成功概率 p(取值在 0 到 1 之间)。计算器会返回累积概率 \(P(X \le k)\),并附带几个相关结果:恰好取得 k 次成功的精确概率 \(P(X = k)\)、右尾概率 \(P(X > k)\) 与 \(P(X \ge k)\),以及分布均值 \(n \times p\)。
公式详解
每一项都用到二项系数 \(C(n,i) = \frac{n!}{i!(n-i)!}\),它表示 i 次成功有多少种排列组合方式;再乘以 \(p^i\)(这些成功发生的概率)和 \((1-p)^{n-i}\)(其余失败发生的概率)。把 i 从 0 到 k 的各项相加,即得累积值。完整公式为:
$$P(X \le k) = \sum_{i=0}^{k} \binom{n}{i}\, p^{\,i}\,\left(1-p\right)^{n-i}$$为了在 n 很大时保持数值稳定,计算器采用递推方式,用比值 \(\frac{n-i}{i+1} \times \frac{p}{1-p}\) 由前一项推出后一项。
实例演算
假设你抛一枚均匀硬币 10 次(\(n = 10\),\(p = 0.5\)),想知道正面最多出现 3 次(\(k = 3\))的概率。相关的四项为 \(C(10,0)+C(10,1)+C(10,2)+C(10,3) = 1 + 10 + 45 + 120 = 176\),每一项都要乘以 \(0.5^{10} = \frac{1}{1024}\)。于是 $$P(X \le 3) = \frac{176}{1024} = 0.171875.$$
解释您的结果
P(X ≤ k) 是一个累积概率。 它回答"获得最多 k 次成功的概率是多少?"通过将 0、1、2、…、直到 k 次成功的概率相加。它始终介于 0 和 1 之间,并且随着 k 的增加不会减少。
P(X = k) 是一个单点。 它是恰好 k 次成功的概率——累积和中的一项。因此 \(P(X\le k)\) 总是至少与 \(P(X=k)\) 一样大,且 \(P(X\le k)-P(X\le k-1)=P(X=k)\)。
两条尾部。 右尾 \(P(X>k)=1-P(X\le k)\) 是超过 k 次成功的概率,而 \(P(X\ge k)=P(X>k)+P(X=k)\) 包括 k 本身。由于该变量是整数个成功次数,\(P(X\ge k)=P(X\le k-1)\) 的补集是常见的混淆点——始终检查截断值 k 是否应该包括在内或排除在外。
平均值。 期望的成功次数是 \(\mu = n\cdot p\)。对于 n = 20 次试验,p = 0.05,即 \(\mu = 1\) 次平均缺陷;对于 n = 10,p = 0.9,即 \(\mu = 9\)。将您的 k 与平均值进行比较可以判断您是在查看可能的结果(k 接近 \(n\cdot p\))还是尾部事件(k 远离它)。
读取像 0.17 这样的数字。 \(P(X\le k)=0.17\) 的结果意味着获得最多 k 次成功的概率是 17% ——因此获得超过 k 次的概率是 83%。乘以 100 即可将其读作百分比。
当右尾很重要时。 右尾概率是决策阈值和假设检验的核心。如果您观察到 k 次成功,并想知道在假设的 p 下这有多令人惊讶,上尾值 \(P(X\ge k)\) 充当单侧 p 值:较小的值(通常低于 0.05)表明结果不太可能仅由于偶然而发生。这是接受抽样计划设置最大可容许缺陷数的方式,以及 A/B 测试标记异常高成功计数的方式。
定义与词汇表
- n — 试验次数。 实验重复的固定计数(例如 20 个检查的项目、10 次硬币翻转)。
- k — 成功截断。 感兴趣的成功次数。在 \(P(X\le k)\) 中,它是累积和中包含的最大成功计数;\(k\) 是从 0 到 n 的整数。
- p — 成功概率。 单次试验中"成功"的概率,对每次试验都相同,其中 \(0\le p\le 1\)。
- 成功 / 失败。 每次试验的两个互斥结果。"成功"只是您正在计数的结果;其补集"失败"的概率为 \(1-p\)。
- 二项式系数 C(n, i)。 写作 \(\binom{n}{i}=\dfrac{n!}{i!\,(n-i)!}\),它计算在 n 次试验中排列 i 次成功的不同方式数。
- 累积概率。 \(P(X\le k)=\sum_{i=0}^{k}\binom{n}{i}p^{i}(1-p)^{n-i}\),k 次或更少成功的总概率。
- 尾部概率。 分布一端的概率:右(上)尾 \(P(X>k)=1-P(X\le k)\),或包含性上尾 \(P(X\ge k)\)。用于阈值和 p 值。
- 平均值(期望值)。 \(\mu = n\cdot p\),每 n 次试验中成功次数的长期平均值。
常见问题
P(X ≤ k) 和 P(X = k) 有什么区别?\(P(X = k)\) 是恰好取得 k 次成功的概率,而 \(P(X \le k)\) 则把从 0 到 k(含 k)的所有情况都加在一起。
怎么求 P(X ≥ k)?用公式 \(P(X \ge k) = 1 - P(X \le k) + P(X = k)\) 即可,本工具会自动帮你算出。
p 可以等于 0 或 1 吗?可以。如果 \(p = 0\),则永远不会成功,因此对任意 \(k \ge 0\) 都有 \(P(X \le k) = 1\);如果 \(p = 1\),则所有试验都会成功。