常態分布計算器
依據任意平均數與標準差,計算常態分布的 PDF、CDF、右尾與區間機率,以及 z 分數。
常態分布機率
設定分布與區間,同時查看下限值處及整個區間的計算結果。
關於常態分布
常態分布是呈對稱鐘形曲線的連續機率模型。平均數決定中心位置,標準差決定數值在中心周圍的分散程度。許多量測誤差、生物特徵、考試成績彙整及抽樣統計量近似常態分布,因此它是統計學與資料分析的重要工具。本計算器接受任意有限平均數與正標準差。
機率密度函數 PDF 提供下限值 x 處的曲線高度。密度本身不是機率,因為連續變數恰好等於某一點的機率為零。機率對應曲線下的面積。累積分布函數 CDF 提供 x 左側面積 P(X <= x)。右尾結果為右側的互補面積 P(X > x),因此等於一減去 CDF。
計算區間時,以 x 為下端點,並輸入大於或等於 x 的上端點。計算器以上端點的累積機率減去下端點的累積機率。例如,標準常態曲線從零到一的面積約為 0.3413。由對稱性,負一到零的面積相同,因此常態母體約有 68.27% 位於平均數上下各一個標準差內。
z 分數透過將 x 減去平均數再除以標準差進行標準化。z 分數為零表示恰好位於平均數,為一表示高於平均數一個標準差,為負二表示低於平均數兩個標準差。標準化讓同一個標準常態 CDF 能計算以不同單位表示的分布。本計算器使用成熟的誤差函數數值近似來求這些面積。
常態模型很有用,但不宜直接套用。明顯偏態、厚尾、多峰、硬邊界或影響很大的離群值,都可能使常態曲線產生誤導。常態機率描述的是模型,並非對真實母體的證明。應檢視資料生成背景,並在有觀測資料時使用診斷圖。對於離散計數,可考慮連續性校正;二項分布、卜瓦松分布、t 分布或其他分布也可能更符合實際過程。
常態分布範例
常見的標準及非標準常態分布計算。
| 分布與區間 | 結果 | 解讀 |
|---|---|---|
| 平均數 = 0, sigma = 1, x = 0, 上限 = 1 | P(0 <= X <= 1) = 0.34134474 | 這是標準常態分布從平均數到高於平均數一個標準差之間的面積。 |
| 平均數 = 100, sigma = 15, x = 115, 上限 = 130 | P(115 <= X <= 130) = 0.13590512 | 兩個端點的 z 分數分別為 1 與 2。 |
| 平均數 = 70, sigma = 10, x = 60, 上限 = 80 | P(60 <= X <= 80) = 0.68268947 | 約 68.27% 位於平均數上下各一個標準差內。 |
如何使用常態分布計算器
- 輸入分布平均數,可為正數、負數或零。
- 輸入嚴格大於零的標準差,單位須與數值一致。
- 輸入下限值 x 與上限值,設定機率區間。
- 選擇「計算」,查看密度、累積與尾端機率、z 分數及區間面積。
常態分布常見問題
PDF 和 CDF 有何不同?
PDF 是曲線在某一點的密度或高度。CDF 是從負無窮大到該點的累積機率。
z 分數代表什麼?
z 分數表示一個值高於或低於平均數多少個標準差。正分數高於平均數,負分數低於平均數。
平均數可以是負數嗎?
可以。常態分布可有任意有限平均數,因為平均數只決定曲線中心的位置。
為什麼標準差必須為正?
零或負的分散程度無法定義一般的常態機率密度,因此計算器要求標準差嚴格大於零。
恰好取某一個值的機率等於 PDF 嗎?
不等於。連續常態變數恰好位於某一點的機率為零,而 PDF 是用來計算區間面積的密度。