Corso di Laurea a Distanza in Ingegneria Elettrica Corso di Comunicazioni Elettriche Teoria della probabilità A.A

Documenti analoghi
Corso di Laurea a Distanza in Ingegneria Elettrica Corso di Comunicazioni Elettriche Teoria della probabilità A.A

Teoria della probabilità Variabili casuali

Corso di Laurea a Distanza in Ingegneria Elettrica Corso di Comunicazioni Elettriche Processi casuali A.A Alberto Perotti, Roberto Garello

Teoria della probabilità Assiomi e teoremi

Teoria dell informazione

Modello di sistema di comunicazione

Esercitazione 5 del corso di Statistica 2 Prof. Domenico Vistocco

Richiami sul calcolo delle probabilità

Variabili casuali. - di Massimo Cristallo -

Corso di Laurea a Distanza in Ingegneria Elettrica Corso di Comunicazioni Elettriche. Modulazione A.A Alberto Perotti

Lezione 12. Statistica. Alfonso Iodice D Enza Università degli studi di Cassino. Lezione 12. A. Iodice.

VARIABILI CASUALI CONTINUE

Conversione analogico-digitale

Elaborazione statistica di dati

Campionamento e quantizzazione

Foglio di Esercizi 10 con Risoluzione 18 dicembre 2017

Corso di Laurea in Ingegneria Informatica e Automatica (M-Z) Università di Roma La Sapienza CALCOLO DELLE PROBABILITÀ E STATISTICA ESAME DEL 13/1/2017

Una variabile casuale è una variabile che assume determinati valori in modo casuale (non deterministico).

Corso di Fondamenti di Telecomunicazioni

2. Introduzione alla probabilità

Costruzione di macchine. Modulo di: Progettazione probabilistica e affidabilità. Marco Beghini. Lezione 3: Variabili aleatorie discrete notevoli

Le variabili casuali o aleatorie

Probabilità classica. Distribuzioni e leggi di probabilità. Probabilità frequentista. Probabilità soggettiva

POPOLAZIONE E CAMPIONI

Statistica. Lezione : 18, 19. Variabili casuali

INFORMAZIONI. p. 1/23

5 - Esercizi: Probabilità e Distribuzioni di Probabilità (Uniforme, Gaussiana)

Teoria dei Segnali Un esempio di processo stocastico: il rumore termico

esperimento casuale: è un esperimento condotto sotto l effetto del caso; evento elementare: ciascuno dei possibili esiti di un esperimento casuale;

ESERCITAZIONE N. 5 corso di statistica

Statistica ARGOMENTI. Calcolo combinatorio

ESERCITAZIONE 5: PROBABILITÀ DISCRETA

Brevi richiami su variabili aleatorie e processi stocastici

Modello di sistema di comunicazione

Basi matematiche per il Machine Learning

Calcolo della probabilità

Corsi di Laurea in Ingegneria Civile e Edile Analisi Matematica II e Probabilita Lezioni A.A. 2000/01, prof. G. Stefani 9 Ottobre Gennaio 2001

Distribuzioni di probabilità discrete. Prof.ssa Fabbri Francesca Classe 5C

STATISTICA ESERCITAZIONE 9

Introduzione al modello Uniforme

1! 4! = 5. Quindi la probabilità di ottenere 1 successo su 5 lanci sarà 5 2 = 5! 2! 3! = 10

Alcune v.a. discrete notevoli

CENNI SULLE VARIABILI ALEATORIE INTRODUZIONE ALLA TEORIA DELLE PROBABILITÀ APPROFONDIMENTO SULLA TEORIA DELLE PROBABILITÀ

Introduzione al modello Uniforme

Statistica. Esercitazione 10. Alfonso Iodice D Enza iodicede@unicas.it. Università degli studi di Cassino. Statistica. A. Iodice. V.C.

Corso di Laurea a Distanza in Ingegneria Elettrica Corso di Comunicazioni Elettriche Processi casuali A.A Alberto Perotti, Roberto Garello

Corso di Laurea: Diritto per le Imprese e le istituzioni a.a Statistica. Probabilità. Lezioni : 11, 12. Docente: Alessandra Durio

3.1 La probabilità: eventi e variabili casuali

Calcolo delle Probabilità e Statistica Matematica Fisciano, 10/1/2012

RICHIAMI DI CALCOLO DELLE PROBABILITÀ

Vedi: Probabilità e cenni di statistica

CORSO DI STATISTICA (parte 2) - ESERCITAZIONE 3

SCHEDA DIDATTICA N 7

Probabilità. Spazi di probabilità

Teorema del limite centrale TCL Questo importante teorema della statistica inferenziale si applica a qualsiasi variabile aleatoria che sia combinazion

Statistica. Lezione : 17. Variabili casuali

Tutorato di Complementi di Analisi Matematica e Statistica 26 maggio 2016

Modulo di Statistica e Tecnologia (Dott. Giorgio Poletti

Esercizi di Calcolo delle Probabilità

Modelli di probabilità

Esercizi 6 - Variabili aleatorie vettoriali, distribuzioni congiunte

01CXGBN Trasmissione numerica. parte 6: calcolo delle probabilità I

assuma valori in un determinato intervallo è data dall integrale della sua densità ( = )=

Sperimentazioni di Fisica I mod. A Statistica - Lezione 3

Matematica Canale A-D- Farmacia a.a.2017/2018. x a x b = x a+b x a y a = (x y) a x a x b = xa b = 1. y a = y. (x a ) b = x a b = (x b ) a.

Ulteriori Conoscenze di Informatica e Statistica

Es.: una moneta viene lanciata 3 volte. X = n. di T nei primi 2 lanci Y = n. di T negli ultimi 2 lanci

Modelli descrittivi, statistica e simulazione

QUANTIZZAZIONE E CONVERSIONE IN FORMA NUMERICA. 1 Fondamenti Segnali e Trasmissione

Comunicazioni Elettriche Esercizi

Esercitazione N. 1 (11 ottobre 2016)

DISTRIBUZIONI DI PROBABILITA (parte 2) 1 / 27

Elaborazione statistica di dati

Ulteriori Conoscenze di Informatica e Statistica

Distribuzioni di probabilità nel continuo

L indagine campionaria Lezione 3

Computazione per l interazione naturale: fondamenti probabilistici (2)

Due variabili aleatorie X ed Y si dicono indipendenti se comunque dati due numeri reali a e b si ha. P {X = a, Y = b} = P {X = a}p {Y = b}

NOZIONI DI CALCOLO DELLE PROBABILITÀ

Statistica A. Corsi di Laurea afferenti alla IV Facoltà Prova del Cognome e Nome...

Richiami di TEORIA DELLE PROBABILITÀ

Variabile casuale E 6 E 5 E 4. R S x1 E 2

Teoria dei Fenomeni Aleatori AA 2012/13. Il Concetto di Distribuzione Condizionata ( )

CALCOLO DELLE PROBABILITÀ I. a.a. 2016/2017. Informatica. Leggere attentamente le seguenti note

Università del Piemonte Orientale. Corso di laurea in medicina e chirurgia. Corso di Statistica Medica. Le distribuzioni teoriche di probabilità.

p k q n k = p n (k) = n 12 = 1 = ,1208. q = 1 2 e si ha: p 12 (8) =

V.C. UNIFORME. 1 n. con funzione di probabilità associata: MODA(X): la distribuzione Uniforme è zeromodale.

Calcolo delle Probabilità e Statistica Matematica previsioni 2003/04

Statistica. Alfonso Iodice D Enza

Outline. 1 v.c. continue. 2 v.c. Normale. 3 v.c. Esponenziale. Lezione 13. A. Iodice. v.c. continue. v.c. Normale. v.c.

Calcolo delle Probabilità

Statistica. Congiunte. Capitolo 5. Distribuzioni di Probabilità. Chap 5-1. Statistics for Business and Economics, 6e 2007 Pearson Education, Inc.

Ψ PSICOMETRIA. Corso di laurea triennale (classe 34) STATISTICA INFERENZIALE

Variabili aleatorie. Variabili aleatorie

Università del Piemonte Orientale. Corso di laurea in biotecnologie. Corso di Statistica Medica. Le distribuzioni teoriche di probabilità.

Variabili aleatorie discrete. Giovanni M. Marchetti Statistica Capitolo 5 Corso di Laurea in Economia

Statistica Corso Base (Serale) Dott.ssa Cristina Mollica

Metodi quantitativi per i mercati finanziari

Transcript:

Corso di Laurea a Distanza in Ingegneria Elettrica Corso di Comunicazioni Elettriche Teoria della probabilità A.A. 2004-05 Alberto Perotti DELEN-DAUIN Esperimento casuale Esperimento suscettibile di più risultati possibili Il risultato non può essere predetto con certezza Esempi: Lancio di una moneta Lancio di un dado Misura della resistenza di un resistore 2 1

Spazio campione È l insieme di tutti i risultati possibili di un esperimento casuale e si indica con S Esempi: Lancio di una moneta: S = {testa, croce} = {T, C}, S = 2 Lancio di un dado: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, S = 6 Misura della resistenza: In questo caso, si parla di spazio campione continuo 3 Evento Ogni sottoinsieme dello spazio campione è detto evento Esempi: Lancio di una moneta: l evento è uscito testa è indicato con {testa} o {T} Lancio di un dado: l evento uscita di un numero dispari è E = {1, 3, 5}. 4 2

Probabilità di un evento Ad ogni evento si associa una probabilità, valore in [0, 1], in modo da soddisfare i seguenti assiomi: Assioma I: Assioma II: Assioma III: se A e B sono incompatibili ( ) 5 Corollari La probabilità dell evento impossibile è La probabilità che non si verifichi A è Siano A e B due eventi qualsiasi: 6 3

Probabilità congiunta L evento corrisponde all occorrenza congiunta degli eventi A e B. La probabilità congiunta dei due eventi si indica con 7 Eventi statisticamente indipendenti Quando il verificarsi dell evento A non influisce sul verificarsi dell evento B, si dice che i due eventi sono statisticamente indipendenti. In questo caso, vale il seguente risultato: 8 4

Probabilità condizionata È la probabilità dell evento A condizionata al verificarsi dell evento B. È definita nel seguente modo: Se A e B sono statisticamente indipendenti: 9 Teorema della probabilità totale Sia A 1,, A N una partizione dello spazio campione La probabilità di un qualsiasi evento B vale: 10 5

Teorema di Bayes Vale la seguente relazione: Se A e B sono eventi statisticamente indipendenti, allora è immediato verificare che 11 Esercizio 1 Calcolare la probabilità che esca il numero 53 su una ruota del lotto. Calcolare la probabilità che esca il numero 53 su almeno una ruota del lotto. 12 6

Esercizio 1 (cont.) Considerando una sola ruota, lo spazio campione S consiste di tutte le possibili quintuple non ordinate di valori interi compresi tra 1 e 90: Il numero di quintuple non contenenti il numero 53 è Quindi, la probabilità che non esca il 53 è 13 Esercizio 1 (cont.) Infine, la probabilità che esca il 53 è 14 7

Esercizio 1 (cont.) La probabilità che non esca il 53 su alcuna delle 10 ruote vale Quindi la probbailità che il 53 venga estratto su almeno una ruota vale 15 Esercizio 2 In una biblioteca sono contenuti n I = 5 libri in italiano, n F = 7 in francese e n E = 10 in inglese. Calcolare la probabilità che, estraendo due libri a caso, siano in due lingue diverse. Suggerimento: 16 8

Esercizio 2 (cont.) Lo spazio campione S consiste di tutte le possibili coppie di libri. Di tutte le possibili coppie di libri consistono di entrambi i libri in italiano consistono di entrambi i libri in francese consistono di entrambi i libri in inglese. 17 Esercizio 2 (cont.) La probabilità di scegliere due libri scritti nella stessa lingua vale dunque Infine: 18 9

Esercizio 3 In un gruppo di r persone, qual è la probabilità che almeno due persone festeggino il compleanno lo stesso giorno? Supporre che tutti gli anni siano di 365 giorni. 19 Esercizio 3 (cont.) La probabilità che tutte le r persone compiano gli anni in giorni diversi è La probabilità che almeno due persone compiano gli anni lo stesso giorno è 20 10

Esercizio 4 Una sequenza di n simboli binari (bit) è trasmessa su un canale. Per ogni bit trasmesso, il canale commette errore con probabilità p. Gli eventi {errore sul bit i-esimo} e {errore sul bit j-esimo} sono indipendenti. X 1-p 1 1 0 p p 1-p Tale modello è comunemente chiamato canale binario simmetrico. 0 Y 21 Esercizio 4 (cont.) Analiticamente, si descrive il canale nel seguente modo Calcolare la probabilità che il canale introduca più di k errori nella trasmissione. 22 11

Esercizio 4 (cont.) La trasmissione di n bit equivale all esecuzione ripetuta di n esperimenti casuali di Bernoulli indipendenti con probabilità di successo 1-p. La probabilità di avere esattamente i errori vale dove è il numero di sequenze binarie con esattamente i errori e p i (1-p) n-i è la probabilità che si verifichi una sequenza con i errori. 23 Esercizio 4 (cont.) Poiché, se i j, si ha La probabilità di avere k o più errori vale infine 24 12

Esercizio 5 Un codice a ripetizione di rate 1/3 consiste nel ripetere ciascun bit d ingresso 3 di volte. Ogni blocco di 3 bit viene trasmesso su un canale binario simmetrico con probabilità di errore p = 10-2. Il decodificatore decide a maggioranza. Calcolare la probabilità di errore del sistema di trasmissione. 25 Esercizio 5 (cont.) Si ha errore quando, in un blocco di 3 bit, 2 bit sono affetti da errore, oppure tutti i bit sono affetti da errore: 26 13

Variabile casuale È una funzione reale definita sullo spazio campione: a ciascun punto s S corrisponde un valore reale = ξ(s). Per ogni numero reale, l insieme {s: ξ(s) = } è un evento. Per ogni intervallo ( 1, 2 ), l insieme {s: ξ(s) ( 1, 2 )} è un evento. 27 Variabile casuale (cont.) Esempio 1: lancio di una moneta. Si può associare l evento {testa} ({T}) al valore 0 e l evento {croce} ({C}) al valore 1. Si ottiene una variabile casuale binaria. 28 14

Variabile casuale (cont.) Esempio 2: lancio di un dado. Si può associare al punto s i ={è uscito il numero i} il valore = ξ(s i ) = i. Si ottiene una variabile casuale discreta. 29 Variabile casuale (cont.) Esempio 3: misura di resitenza. Si può associare l evento {il risultato della misura è r} al valore = ξ(r) = r. Si ottiene una variabile casuale continua. 30 15

Distribuzione cumulativa È una funzione reale definita nel seguente modo: Proprietà: Estremi: F è monotona non decrescente: 31 Distribuzione cumulativa (cont.) Esempio 1 (cont.): lancio di una moneta. P{T} = ½ P{C} = ½ 1 F ξ () 0 1 32 16

Distribuzione cumulativa (cont.) Esempio 2 (cont.): lancio di un dado. P{è uscita la faccia i} = 1/6 1 F ξ () 0 6 33 Distribuzione cumulativa (cont.) Esempio 3 (cont.): misura di resistenza. La distribuzione cumulativa è una funzione continua. R 0 : valore nominale della resistenza 1 F ξ () 0 R 0 34 17

Densità di probabilità È una funzione reale definita nel seguente modo: Significato: è la probabilità dell evento 35 Densità di probabilità (cont.) Proprietà: Non negativa: Legami con la distribuzione cumulativa: 36 18

Densità di probabilità (cont.) Esempio 1 (cont.): lancio di una moneta. P{T} = ½ P{C} = ½ ½ f ξ () 0 1 37 Densità di probabilità (cont.) Esempio 2 (cont.): lancio di un dado. P{è uscita la faccia i} = 1/6 f ξ () 1 / 6 0 1 2 3 4 5 6 38 19

Densità di probabilità (cont.) Esempio 3 (cont.): misura di resistenza. La densità di probabilità è una funzione continua. R 0 : valore nominale della resistenza f ξ () 0 R 0 39 Densità di probabilità (cont.) Data una VC con densità di probabilita f ξ (), la probabilità dell evento {a < ξ < b} vale f ξ () 0 a b 40 20

Valor medio Il valor medio (o valore atteso) di una VC è definito nei seguenti modi VC discreta cha assume i valori i : VC continua con densità di probabilità f ξ (): 41 Valor medio (cont.) Esempio 1 (cont.): lancio di una moneta. P{T} = ½ P{C} = ½ ½ f ξ () 0 1 42 21

Valor medio (cont.) Esempio 2 (cont.): lancio di un dado. P{è uscita la faccia i} = 1/6 f ξ () 1 / 6 0 1 2 3 4 5 6 43 Valor medio (cont.) Esempio 3 (cont.): misura di resistenza. È necessario conoscere l espressione analitica della densità di probabilità Se f ξ (R 0 + ) = f ξ (R 0 ), R +, il valor medio è R 0. 1 f ξ () 0 R 0 44 22

Varianza La varianza di una VC è definita nel seguente modo: Fornisce informazioni su quanto la funzione densità di probabilità è concentrata intorno al valor medio. La grandezza è il valor quadratico medio, e coincide con la varianza per VC con valore atteso nullo. 45 Varianza (cont.) VC discreta cha assume i valori i : VC continua con densità di probabilità f ξ (): 46 23

Varianza (cont.) Esempio 1 (cont.): lancio di una moneta. P{T} = ½ P{C} = ½ ½ f ξ () 0 1 47 Varianza (cont.) Esempio 2 (cont.): lancio di un dado. P{è uscita la faccia i} = 1/6 f ξ () 1 / 6 0 1 2 3 4 5 6 48 24

Varianza (cont.) Esempio 3 (cont.): misura di resistenza. È necessario conoscere l espressione analitica della densità di probabilità e il valor medio di ξ. f ξ () 0 R 0 49 Densità uniforme Densità di probabilità uniforme in [a,b] f ξ () 1 / (b-a) 1 a F ξ () b a b 50 25

Densità uniforme (cont.) Valor medio: Varianza 51 Densità uniforme - esempi Variabile casuale ξ distribuita uniformemente in [5, 12]: 52 26

Densità di Bernoulli Un esperimento ha probabilità di successo p e probabilità di insuccesso 1 p Tipicamente, si associa all evento {successo} il valore 1 all evento {insuccesso} il valore 0 Le funzioni distribuzione cumulativa e denstià di probabilità valgono 53 Densità binomiale Eseguendo n esperimenti di Bernoulli indipendenti con probabilità di successo p, la probabilità di ottenere esattamente k successi vale Definendo la VC ξ come il numero di successi, si ottiene 54 27

Densità Gaussiana Densità di probabilità Gaussiana (o normale) N(µ, σ 2 ) La funzione erf() è chiamata funzione errore. 55 Densità Gaussiana (cont.) Esempio: densità Gaussiana (o normale) µ: valor medio σ : deviazione standard σ 2 : varianza f ξ () σ = 0.5 σ = 1 σ = 2 µ 56 28

Densità Gaussiana (cont.) Data una VC ξ Gaussiana con media µ e deviazione standard σ, la probabilità dell evento {ξ > a} è data da La funzione erfc() = 1 erf() è la funzione errore complementare 1 0 F ξ () µ a 57 Distribuzione cumulativa congiunta di due VC Date due VC ξ 1 e ξ 2, si definisce la funzione reale dove 58 29

Distribuzione cumulativa congiunta di due VC (cont.) Proprietà: Osservando che {ξ 2 < } è l evento certo, si ha Analogamente Inoltre 59 Densità di probabilità congiunta di due VC Date due VC ξ 1 e ξ 2, si definisce la funzione reale La densità di probabilità marginale rispetto a ξ 1 è ottenibile integrando la congiunta rispetto a 2 : 60 30

Distribuzione cumulativa e densità condizionate Data una VC ξ, si definisce la distribuzione cumulativa di ξ condizionata all evento A come La corrispondente densità di probabilità condizionata vale 61 Distribuzione cumulativa e densità condizionate (cont.) Esempio: se A è l evento {ξ a}, si ottiene F ξ ( ξ a) f ξ ( ξ a) 1 0 a 0 a 62 31

Esercizio 6 Una VC ξ ha la seguente densità di probailità: Verificare che f ξ () è una densità di probabilità. Calcolare la funzione distribuzione cumulativa. Calcolare inoltre la probabilità dei seguenti eventi: 63 Esercizio 6 (cont.) Una funzione densità di probabilità deve soddisfare la seguente proprietà: Nel nostro caso: 64 32

Esercizio 6 (cont.) La distribuzione cumulativa può essere calcolata come 65 Esercizio 6 (cont.) 66 33

Esercizio 7 Una VC ξ ha la seguente densità di probailità: Calcolare la probabilità dei seguenti eventi: Calcolare inoltre 67 Esercizio 7 (cont.) (1) (2) (3) Infine: 68 34

Riferimenti bibliografici [P] [G] G. Prati, Videocorso Teoria dei Segnali R. Gaudino, Appunti sulle esercitazioni relative alla Teoria dei Segnali, http://corsiadistanza.polito.it/corsi/pdf/04ajycc/ Comunicaz_elettr_richiami.pdf [BB] S. Benedetto, E. Biglieri, Teoria della Probabilità e Variabili Casuali, Bollati Boringhieri, Torino, 1988 69 35