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输入计算

数学公式

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结果

Probability density f(x) — 101 points
0
第一个 x 处的值
x Probability density f(x)
0 0
0.1 0.28159019
0.2 0.54626787
0.3 0.64420326
0.4 0.65544417
0.5 0.62749608
0.6 0.58357382
0.7 0.53479483
0.8 0.48641578
0.9 0.44081569
1 0.39894228
1.1 0.36103126
1.2 0.32697202
1.3 0.29649637
1.4 0.26927623
1.5 0.24497365
1.6 0.22326545
1.7 0.20385426
1.8 0.18647245
1.9 0.17088224
2 0.15687402
2.1 0.14426385
2.2 0.13289069
2.3 0.12261371
2.4 0.11330975
2.5 0.10487107
2.6 0.09720326
2.7 0.09022355
2.8 0.0838592
2.9 0.07804624
3 0.07272826
3.1 0.06785542
3.2 0.06338366
3.3 0.05927389
3.4 0.05549141
3.5 0.05200533
3.6 0.04878813
3.7 0.04581523
3.8 0.04306462
3.9 0.04051659
4 0.03815346
4.1 0.0359593
4.2 0.03391978
4.3 0.03202199
4.4 0.03025424
4.5 0.02860596
4.6 0.02706758
4.7 0.02563041
4.8 0.02428655
4.9 0.02302884
5 0.02185071
5.1 0.02074622
5.2 0.01970989
5.3 0.01873675
5.4 0.01782224
5.5 0.01696217
5.6 0.01615271
5.7 0.01539033
5.8 0.01467179
5.9 0.01399411
6 0.01335454
6.1 0.01275054
6.2 0.01217978
6.3 0.0116401
6.4 0.01112948
6.5 0.01064609
6.6 0.01018821
6.7 0.00975425
6.8 0.00934273
6.9 0.00895228
7 0.00858163
7.1 0.00822959
7.2 0.00789506
7.3 0.00757702
7.4 0.0072745
7.5 0.00698662
7.6 0.00671253
7.7 0.00645146
7.8 0.00620268
7.9 0.0059655
8 0.0057393
8.1 0.00552346
8.2 0.00531744
8.3 0.00512071
8.4 0.00493277
8.5 0.00475316
8.6 0.00458144
8.7 0.00441722
8.8 0.0042601
8.9 0.00410972
9 0.00396575
9.1 0.00382785
9.2 0.00369574
9.3 0.00356912
9.4 0.00344773
9.5 0.00333132
9.6 0.00321963
9.7 0.00311246
9.8 0.00300958
9.9 0.00291079
10 0.0028159

这个计算器能做什么

对数正态分布用来描述一个取值为正的随机变量,其自然对数服从正态分布。如果 ln(x) 服从均值为 \(\mu\)、标准差为 \(\sigma\) 的正态分布,那么 x 就服从对数正态分布。本计算器可在你指定的一段 x 取值范围内,计算以下三种函数之一,并输出一张可直接查看或绘图的表格:概率密度 \(f(x)\)、下侧累积概率 \(P(x)\)(即累积分布函数 CDF),或上侧累积概率 \(Q(x) = 1 - P(x)\)。

使用方法

先选择要绘制的函数,然后输入 ln(x) 的均值 \(\mu\) 与标准差 \(\sigma\)。接着设置起始 x 值(Initial value of x)、相邻 x 之间的步长(Step)以及点的个数(Number of points)。计算器会在 \(x_i = \text{起始值} + i \times \text{步长}\)(\(i = 0, 1, \ldots, \text{点数} - 1\))处求值,并逐行列出每个 (x, 函数值) 的结果。其中 \(\sigma\) 必须为正,x 必须非负;当 x = 0 时,概率密度与下侧累积概率均为 0,上侧累积概率则为 1。

公式解析

概率密度为 $$f(x) = \frac{1}{x\,\sigma\sqrt{2\pi}}\exp\!\left(-\frac{\left(\ln x - \mu\right)^{2}}{2\,\sigma^{2}}\right),\quad x>0$$ 累积概率为 $$P(x) = \Phi\!\left(\frac{\ln x - \mu}{\sigma}\right) = \frac{1}{2}\left[1+\operatorname{erf}\!\left(\frac{\ln x - \mu}{\sigma\sqrt{2}}\right)\right]$$ 其中 \(\Phi\) 为标准正态分布的累积分布函数,\(\Phi(z) = \frac{1}{2}(1 + \operatorname{erf}(z/\sqrt{2}))\)。上侧累积概率(生存函数)为 $$Q(x) = 1 - \Phi\!\left(\frac{\ln x - \mu}{\sigma}\right) = \frac{1}{2}\left[1-\operatorname{erf}\!\left(\frac{\ln x - \mu}{\sigma\sqrt{2}}\right)\right]$$ 我们采用高精度的有理函数近似来计算 erf,最大误差约为 \(1.5\times10^{-7}\)。

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通过对数将偏斜的对数正态曲线与对称的正态钟形曲线相联系的示意图
取 ln(x) 可将偏斜的对数正态分布变换为均值 mu、标准差 sigma 的正态分布。
对数正态概率密度曲线,下侧与上侧累积区域在 x 点处被分隔并加阴影
对数正态密度 f(x),在选定的 x 处分为下侧累积 P(x) 与上侧累积 Q(x) 区域。

实例演算

取 \(\mu = 0\)、\(\sigma = 1\),当 x = 1 时:$$z = \frac{\ln 1 - 0}{1} = 0$$ 概率密度 \(= \frac{1}{\sqrt{2\pi}} \approx 0.39894228\)。下侧累积概率 \(P = \Phi(0) = 0.5\)。上侧累积概率 \(Q = 1 - 0.5 = 0.5\)。当 x = 2 时:\(z = \ln 2 \approx 0.6931\),得到 \(f \approx 0.156874\),\(P \approx 0.75568\),\(Q \approx 0.24432\)。

常见问题

\(\mu\) 和 \(\sigma\) 是 x 本身的均值和标准差吗?不是。它们是 ln(x)(也就是底层那个正态变量)的均值和标准差,而不是 x 的。

x = 0 时会怎样?对数正态分布只在 x > 0 时有定义,因此为了避免出现 ln(0),我们规定 \(f(0) = 0\)、\(P(0) = 0\)、\(Q(0) = 1\)。

为什么 \(\sigma\) 必须为正?标准差为零或为负没有实际的分布意义,而且会导致除以零,所以计算器不接受 \(\sigma \le 0\) 的输入。

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