拉普拉斯分布计算器

拉普拉斯分布计算器

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输入计算

数学公式

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结果

Probability density f(x) at x = -5
0.000565
101 points generated
x Probability density f(x)
-5 0.00056464
-4.9 0.00065134
-4.8 0.00075137
-4.7 0.00086675
-4.6 0.00099985
-4.5 0.0011534
-4.4 0.00133052
-4.3 0.00153484
-4.2 0.00177054
-4.1 0.00204243
-4 0.00235608
-3.9 0.00271789
-3.8 0.00313526
-3.7 0.00361672
-3.6 0.00417213
-3.5 0.00481282
-3.4 0.0055519
-3.3 0.00640448
-3.2 0.00738798
-3.1 0.00852252
-3 0.00983128
-2.9 0.01134102
-2.8 0.0130826
-2.7 0.01509163
-2.6 0.01740917
-2.5 0.02008261
-2.4 0.0231666
-2.3 0.02672418
-2.2 0.03082808
-2.1 0.03556219
-2 0.0410233
-1.9 0.04732304
-1.8 0.0545902
-1.7 0.06297335
-1.6 0.07264385
-1.5 0.0837994
-1.4 0.09666806
-1.3 0.11151289
-1.2 0.12863737
-1.1 0.14839156
-1 0.17117931
-0.9 0.19746646
-0.8 0.2277904
-0.7 0.26277103
-0.6 0.30312346
-0.5 0.34967261
-0.4 0.40337009
-0.3 0.46531361
-0.2 0.5367695
-0.1 0.6191985
0 0.71428571
0.1 0.6191985
0.2 0.5367695
0.3 0.46531361
0.4 0.40337009
0.5 0.34967261
0.6 0.30312346
0.7 0.26277103
0.8 0.2277904
0.9 0.19746646
1 0.17117931
1.1 0.14839156
1.2 0.12863737
1.3 0.11151289
1.4 0.09666806
1.5 0.0837994
1.6 0.07264385
1.7 0.06297335
1.8 0.0545902
1.9 0.04732304
2 0.0410233
2.1 0.03556219
2.2 0.03082808
2.3 0.02672418
2.4 0.0231666
2.5 0.02008261
2.6 0.01740917
2.7 0.01509163
2.8 0.0130826
2.9 0.01134102
3 0.00983128
3.1 0.00852252
3.2 0.00738798
3.3 0.00640448
3.4 0.0055519
3.5 0.00481282
3.6 0.00417213
3.7 0.00361672
3.8 0.00313526
3.9 0.00271789
4 0.00235608
4.1 0.00204243
4.2 0.00177054
4.3 0.00153484
4.4 0.00133052
4.5 0.0011534
4.6 0.00099985
4.7 0.00086675
4.8 0.00075137
4.9 0.00065134
5 0.00056464

什么是拉普拉斯分布?

拉普拉斯分布又称双指数分布,是一种连续型概率分布。它的形状就像两条指数曲线背靠背地拼接在一个中心峰值处。该分布由两个参数决定:位置参数 a(此处均值、中位数和众数三者重合)和尺度参数 b(必须大于零,用来控制尾部衰减的快慢)。拉普拉斯分布广泛出现在信号处理、稳健统计、贝叶斯 LASSO 先验,以及那些数据尾部比正态分布更厚(更易出现极端值)的建模场景中。

中心带有尖峰的对称拉普拉斯概率密度曲线
拉普拉斯密度 \(f(x)\) 在位置 \(a\) 处形成尖峰,并向两侧指数衰减。

如何使用本计算器

先用函数选择单选框确定要计算的量:概率密度 \(f\)、下侧累积概率 \(P\)(即 CDF)或上侧累积概率 \(Q\)。接着输入位置参数 \(a\) 和一个正的尺度参数 \(b\)。然后用三个输入框定义 \(x\) 序列:x 初始值x 步长重复次数。各取值点按 $$x_k = x_{\text{初始值}} + k \cdot x_{\text{步长}}$$ 生成,其中 \(k\) 从 0 取到 次数\(-1\)。工具会在每个点上计算所选函数,绘制折线图,并在表格中列出每一对 \((x, \text{函数值})\)。页面顶部突出显示的数值,就是第一个 \(x\) 处对应的函数值。

公式详解

密度函数为 $$f(x, a, b) = \frac{1}{2\,\text{b}}\, e^{-\frac{\left| x - \text{a} \right|}{\text{b}}}.$$ 其中的绝对值使曲线关于 \(a\) 对称。对其积分即可得到累积分布函数(CDF):当 \(x < a\) 时,\(P = 0.5 \cdot \exp\!\left(\frac{x-a}{b}\right)\);当 \(x \ge a\) 时,\(P = 1 - 0.5 \cdot \exp\!\left(-\frac{x-a}{b}\right)\)。上侧(右尾)概率则为 \(Q = 1 - P\)。在峰值 \(x = a\) 处,有 \(f = \frac{1}{2b}\),且 \(P = Q = 0.5\)。

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拉普拉斯密度曲线,左尾阴影区域表示下侧累积概率
下侧累积分布 \(P(x)\) 是左侧的阴影面积,上侧累积分布 \(Q(x)\) 是右侧剩余的面积。

计算实例

取 \(a = 0\)、\(b = 0.7\),在 \(x = 1\) 处计算:$$f = \frac{1}{1.4} \cdot \exp\!\left(-\frac{1}{0.7}\right) = 0.714286 \times 0.239651 \approx 0.17118.$$ 由于 \(x \ge a\),故 \(P = 1 - 0.5 \cdot \exp(-1.42857) = 0.88017\),\(Q = 0.11983\)。可以注意到 \(P + Q\) 恰好等于 1,这是一个很方便的自检方法。

常见问题

为什么 b 必须为正?密度公式要除以 \(2b\),且指数中也用到 \(b\);如果 \(b \le 0\),函数就无定义,因此计算器会拒绝这样的输入。

Q 代表什么?\(Q(x)\) 是随机变量取值超过 \(x\) 的概率,也就是右尾概率(或称生存概率),其值等于 \(1 - P(x)\)。

最多能绘制多少个点?可以是 1 到 1000 之间的任意正整数。默认设置(起始 \(-5\)、步长 0.1、共 101 个点)会让 \(x\) 从 \(-5\) 一直取到 \(+5\)。

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