卜瓦松分布計算器
計算精確與累積卜瓦松機率
輸入事件的平均發生率 (λ) 與成功次數 (x),即可立即計算所有關鍵卜瓦松機率。
卜瓦松分布計算器
計算精確與累積卜瓦松機率
關於卜瓦松分布計算器
卜瓦松分布是統計學與應用數學中最重要的離散機率分布之一。它以法國數學家西梅翁·德尼·卜瓦松命名,用來描述在固定時間或空間區間內,以已知且恆定的平均速率獨立發生的事件,出現特定次數的機率。
此分布完全由單一參數 λ (lambda) 決定,λ 代表給定區間內事件發生次數的平均值。例如,如果客服中心平均每小時接到 10 通電話,則 λ = 10。一小時內恰好接到 x 通電話的機率,就服從該 lambda 的卜瓦松分布。
卜瓦松機率質量函數 (PMF) 為:P(X = x) = (e^−λ × λ^x) / x!,其中 e ≈ 2.71828 是歐拉數,x! 是 x 的階乘。這個優雅的公式讓我們能計算任意非負整數 x 的精確機率。
卜瓦松分布的一項重要性質是,它的平均數與變異數都等於 λ。這表示標準差等於 √λ。隨著 λ 增加,分布會變得更對稱,並近似於常態分布——這對大規模應用很有用。
本計算器會計算五個關鍵機率值:精確次數的 P(X = x)、事件數嚴格少於 x 的 P(X < x)、至多 x 個事件的 P(X ≤ x)、嚴格多於 x 個事件的 P(X > x),以及至少 x 個事件的 P(X ≥ x)。這些累積形式是透過在相關範圍內加總 PMF 得到的。
卜瓦松分布廣泛應用於科學、工程、金融與醫學。保險公司用它建立理賠頻率模型;電信工程師用它分析來電到達率與網路封包流;品質管制團隊用它建模單位面積內的缺陷數;流行病學家則用它建模族群中的疾病發生率。
當試驗次數 n 非常大、成功機率 p 非常小且 np = λ 時,卜瓦松分布也會作為二項分布的極限情況出現。這個關聯使卜瓦松模型適合用於稀有事件建模。
使用本計算器時,請確認你建模的事件確實彼此獨立,且以恆定平均速率發生。如果速率在區間內會變化——例如網站流量在上班時間較高——標準卜瓦松模型可能不適用,你可能需要非齊次卜瓦松過程或其他分布。
範例
以下範例示範常見真實情境中的卜瓦松機率計算。
| 輸入 (λ, x) | P(X = x) | 情境 |
|---|---|---|
| λ = 3, x = 2 | 0.22404 | 客服中心:平均 3 通/分鐘,P(恰好 2 通) |
| λ = 5, x = 4 | 0.17547 | 單位缺陷數:平均 5 個,P(恰好 4 個) |
| λ = 2, x = 0 | 0.13534 | 每月事故數:平均 2 起,P(零事故) |
| λ = 10, x = 8 | 0.11260 | 伺服器請求:平均 10 次/秒,P(恰好 8 次) |
如何使用此計算器
- 輸入事件的平均發生率 (λ)——必須是非負小數,例如 3 或 2.5。
- 輸入感興趣的事件數量 (x)——必須是非負整數,例如 0、1、2。
- 按一下「計算」,即可計算全部五個卜瓦松機率與分布統計量。
- 查看 P(X = x) 以取得精確機率,並查看累積值以回答區間型問題。
- 按一下「重設」清除所有欄位並開始新的計算。
常見問題
什麼是卜瓦松分布?
卜瓦松分布是一種離散機率分布,用於建模固定時間或空間區間內發生的事件數量。它由單一參數 λ (lambda) 控制,也就是每個區間內事件的平均數量。當事件彼此獨立且以恆定平均速率發生時適用。
λ (lambda) 代表什麼?
Lambda (λ) 是定義區間內事件的平均數量。例如,如果網站平均每分鐘有 50 次造訪,則 λ = 50。Lambda 必須是非負實數。卜瓦松分布的平均數與變異數都等於 λ。
P(X = x) 和 P(X ≤ x) 有什麼差別?
P(X = x) 是觀察到恰好 x 個事件的精確機率。P(X ≤ x) 是觀察到 x 個或更少事件的累積機率,透過加總 k = 0 到 x 的 P(X = k) 計算。當你需要知道「至多 x 次」發生的機率時,請使用累積形式。
什麼時候該使用卜瓦松分布?
當你要計算固定區間內獨立事件的數量,且平均速率已知並保持恆定時,可以使用卜瓦松分布。典型例子包括來電到達、放射性衰變計數、缺陷率與 Web 伺服器請求。如果事件相依或速率會變動,請考慮其他模型。
λ 可以是非整數嗎?
可以——λ 可以是任意非負實數,包括 2.7 或 0.5 這類小數。只有 x (成功次數) 必須是非負整數。分數型 λ 很常見,例如平均每 2 小時發生 3 次事件,則每小時 λ = 1.5。
卜瓦松分布和二項分布有什麼關係?
卜瓦松分布是二項分布的極限情況。當試驗次數 n 非常大、每次試驗成功機率 p 非常小,且 np → λ 時,二項分布會收斂到卜瓦松分布。因此,卜瓦松分布很適合近似大型族群中的稀有事件計數。