切比雪夫不等式

切比雪夫不等式切比雪夫不等式假设随机变量 XX 的期望 mu 和方差 sigma 都存在 对于任意正数 0 epsilon0 都有 P x 2 2P x mu epsilon le frac sigma 2 epsilon 2 从不等式本身的意义来看 它用随机变量的期望与方差给出了长尾概率的范围 例如 对于正态分布 X N 0 X simN

切比雪夫不等式

假设随机变量 X 的期望

μ
和方差 σ 都存在, 对于任意正数 ϵ>0 , 都有:

P(|xμ|>ϵ)σ2ϵ2



从不等式本身的意义来看, 它用随机变量的期望与方差给出了长尾概率的范围。例如,对于正态分布 XN(0,σ) 来说, x 大于

3σ
的概率: P(|x|>3σ)19 ,当然, 这个范围给的有点大了。

现在来推导一下这个不等式。需要用到Markov不等式

Markov 不等式

假设 X 是一个不小于0的随机变量, 则:



P(X>a)E(X)a


证明过程如下:

E(X)=0xp(x)dx=a0xp(x)dx+axp(x)dxaxp(x)dxaap(x)dx=aP(X>a)

这个不等式只使用了随机变量的期望就给出了长尾分布的概率范围,但很明显, 太粗放了, 几乎不能提供有用信息。例如,假如人口年龄分布是一个在 [0,80] 之间的均匀分布(只是假如, 不是实际情况),随机锁定一个人, 他的年龄大于1岁的概率 P(X>1)<40 ,囧。大于40的概率: P(X>40)1 , 再囧。

进一步就得到了切比雪夫不等式

P(|xμ|>ϵ)=P(|xμ|2>ϵ2)E(|xμ|2)ϵ2=σ2ϵ2




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