方差

Variance D(X)
是衡量随机变量或一组数据离散程度的度量,它描述了数据点与其平均值(期望值)的偏差平方的平均值。
方差提供了数据分布的波动或分散程度的信息。

刻画随机变量取值 X 与数学期望离散程度

定义:

D(X)=E[(XE(X))2]

标准差/均方差:D(X)

方差公式:

D(X)=E(X2)(E(X))2D(X)=E[X2+E(X)22XE(X)]=E(X2)+E(X)22E(X)E(X)=E(X2)E(X)2

离散型随机变量

概率分布律 P{X=xi}=pii=1,2,3,

D(X)=i=1(xiE(X))2pi

连续型随机变量

概率密度为 f(x)

D(X)=+[xiE(X)]2f(x)dx

基本性质

  1. C 为常数,则 D(C)=0
  2. D(CX)=C2D(X)
  3. X,Y 为随机变量,则:
D(aX±bY)=a2D(X)+b2D(Y)±2abE{[XE(X)][YE(Y)]}

最后一项为协方差
X,Y 相互独立,则:
D(aX±bY)=a2D(X)+b2D(Y)

  1. D(X)=1P{X=E(X)}=1
    证明见: 切比雪夫不等式
D(aX±bY)=E[aX+bY(aEX+bEY)]2=E[a(XE(X))+b(YE(Y))]2=a2E(XE(X))2+b2E(YE(Y))2+2abE[(XE(X))(YE(Y))]=a2D(X)+b2D(Y)+2abCov(X,Y)

标准化变量

随机变量有数学期望 E(X)=μ 方差 D(X)=σ2,记 X=Xμσ

X=XE(X)D(X)

E(X)=1σ[E(X)μ]=0

D(X)=1σ2E[(Xμ)2]=σ2σ2=1

特殊分布的方差

分布函数

+x212πex22dx=E(X2)=1