这个计算器的用途
本工具用于计算正态分布的百分位点(也称为分位数或临界值)。你只需输入一个累积概率,它就会返回分布坐标轴上的数值 \(x\),使得指定比例的概率落在该点之下(或之上)。它是正态累积分布函数(CDF)的逆运算。当均值为 0、标准差为 1 时,返回的就是大家熟悉的标准正态 \(z\) 值。这是放之四海皆准的纯数学,在任何地方计算结果都一致。
使用方法
先选择一种累积方式。如果你的概率指的是左尾面积 \(P(X \le x)\),就选择下侧累积 P;如果指的是右尾面积 \(P(X > x)\),则选择上侧累积 Q。输入一个严格介于 0 和 1 之间的概率值。接着填入分布的均值和标准差(标准正态分布请填 0 和 1)。计算结果会显示百分位点 \(x\) 及其标准化后的 \(z\) 分数。
公式详解
设 \(\Phi\) 为标准正态 CDF。第一步,把输入转换为左尾概率:下侧方式下 \(p_{\text{lower}} = P\),上侧方式下 \(p_{\text{lower}} = 1 - Q\)。第二步,求逆正态 CDF(probit 函数):\(z = \Phi^{-1}(p_{\text{lower}})\)。最后进行反标准化:
$$x = \mu + \sigma \cdot z$$我们采用 Acklam 有理逼近法,并结合一步牛顿迭代精修,可达到约 \(1\mathrm{e}\text{-}9\) 的精度。
实例演算
采用上侧方式,\(Q = 0.025\),\(\mu = 100\),\(\sigma = 15\)。先转换:\(p_{\text{lower}} = 1 - 0.025 = 0.975\)。求分位数:\(z = \Phi^{-1}(0.975) \approx 1.959964\)。再反标准化:
$$x = 100 + 15 \times 1.959964 \approx 129.40$$也就是说,该分布约有 2.5% 的概率落在 129.4 以上。
常见问题
为什么 \(z\) 有时会等于 \(x\)?只有在标准正态分布的情形下(\(\mu = 0\),\(\sigma = 1\))才会出现 \(x = z\)。
当 \(p = 0.5\) 时会怎样?在下侧方式下,分位数正好等于均值,因为此时 \(z = 0\)。
可以输入 0 或 1 吗?不可以。分位数在 0 处趋于 \(-\infty\),在 1 处趋于 \(+\infty\),因此概率必须严格介于 0 和 1 之间,且 \(\sigma\) 必须大于 0。