常態近似計算機
以常態分布近似恰好成功指定次數的二項機率,並查看連續性校正、平均數、標準差與標準分數。
二項分布的常態近似
輸入二項試驗次數、成功機率及成功次數。
關於常態近似
常態近似計算機將離散的二項隨機變數替換為連續的常態隨機變數,以估計二項機率。對於包含 n 次獨立試驗、成功機率固定為 p 的二項試驗,其精確分布的平均數為 np,變異數為 np(1 - p)。當分布不過於靠近任一邊界時,具有相同平均數和標準差的常態曲線可提供快速且實用的近似。
二項分布僅取整數值,常態分布則是連續的,因此本計算機會進行連續性校正。為了近似恰好成功 x 次的機率,它計算 x - 0.5 到 x + 0.5 之間的常態曲線下面積。這些半單位邊界涵蓋該離散計數所對應的完整區間。省略此校正可能明顯降低準確度,尤其在樣本量僅達中等規模時。
常見的經驗法則是確認 np 與 n(1 - p) 是否都至少為 5。這兩個量分別是成功次數與失敗次數的期望值。當兩者夠大時,二項分布通常足夠平滑,且與端點保持足夠距離,使常態曲線能合理貼近。本計算機會在任一量小於 5 時顯示警告。這不代表算術運算無效,而是提醒應優先使用精確的二項計算。
顯示的標準分數以標準差為單位,表示 x 距離平均數多遠;機率則使用校正後的端點計算,而非單一標準分數。這個差別很重要:標準分數協助解讀位置,而兩個校正端點的標準分數決定特定成功次數所對應的面積。此近似特別適合大型品質管制樣本、民調模型、重複獨立測試,以及直接使用階乘公式較繁瑣的課堂計算。
請記得,基礎試驗必須符合二項分布假設。試驗次數固定,每次試驗有兩種相關結果,各次試驗獨立,且 p 保持不變。從較小母體進行不放回抽樣,或建立機率會改變的模型時,這些假設可能不成立。若是 p 極小的稀有事件,卜瓦松近似可能更合適;只要需要高精度,就應優先使用能計算精確二項機率的軟體。
常態近似範例
每個結果皆包含半單位連續性校正。
| 輸入 | 近似結果 | 說明 |
|---|---|---|
| n = 100, p = 0.5, x = 50 | P(X = 50) ≈ 0.079656 | 常態區間為 49.5 到 50.5,中心平均數為 50。 |
| n = 200, p = 0.25, x = 50 | P(X = 50) ≈ 0.06504 | 平均數為 50,標準差約為 6.1237。 |
| n = 100, p = 0.2, x = 22 | P(X = 22) ≈ 0.0878448 | np 與 n(1-p) 均大於 5,因此使用常態近似是合理的。 |
如何使用常態近似計算機
- 輸入固定的獨立二項試驗次數。
- 以介於零與一之間的小數輸入每次試驗的成功機率。
- 輸入整數成功次數,以近似恰好出現該次數的機率。
- 選擇「計算」,查看機率、分布參數、標準分數及適用條件提示。
常態近似常見問題
何時可以用常態分布近似二項分布?
常用準則要求 np 與 n(1-p) 均至少為 5。數值越大,近似通常越平滑、越可靠。
什麼是連續性校正?
連續性校正將離散計數擴展為連續常態尺度上向兩側各延伸半單位的區間。對於恰好成功 x 次,計算機使用 x - 0.5 到 x + 0.5。
為什麼單一標準分數不足以計算特定次數的機率?
連續曲線上單一點的面積為零。校正後的上下界標準分數形成區間,其面積可近似離散機率質量。
此計算機會回傳精確的二項機率嗎?
不會。它提供適用於足夠大且較均衡的二項樣本的常態近似。需要最高精度時,請使用精確二項機率計算機。
此方法需要哪些假設?
各次試驗應相互獨立,具有兩種相關結果,且成功機率固定。試驗次數也必須事先固定。