



06주차 · 대표적인 이산형 확률분포01

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포02

모수적 기법
‘모집단이 이와 같은 성질일 것이므로 이러한 형태를 가지는
확률분포일 것이다.’라는 가정을 하고, 그 뒤에 확률분포의
기댓값이나 분산을 결정하는 소수의 파라미터 추측
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포03

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포04

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포05


- 동전을 던져 앞면이 나올 확률
- 주사위를 한 번 굴려 6이 나오지 않을 확률
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포06

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포07

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포08
scipy.stats 의 bernoulli 함수는 베르누이 분포를 따르는 확률변수를 생성한다 (p = 0.3)
In [7]: rv = stats.bernoulli(p)
In [8]: rv.pmf(0), rv.pmf(1)
Out[8]: (0.700, 0.300)
In [9]: rv.pmf([0, 1])
Out[9]: array([0.7, 0.3])
In [10]: rv.cdf([0, 1])
Out[10]: array([0.7, 1. ])06주차 · 대표적인 이산형 확률분포09

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포10
성공이면 1, 실패면 0 을 취하는 베르누이 분포입니다. 성공 확률은 0.3 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포11
4번 — 0.7
X = 0 은 실패입니다. 실패 확률은 1 − p = 1 − 0.3 = 0.7 입니다. 0.3 은 X = 1 일 확률이고, 0.21 은 분산 p(1 − p) 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포12

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포13


- 동전을 10번 던져 앞면이 3번 나올 확률
- 주사위를 4번 굴려 6이 한 번도 나오지 않을 확률
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포14

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포15
6.2 이항 분포

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포16

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포17

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포18

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포19
확률변수 X 를 이렇게 정했습니다. 이항분포 Bin(n, p) 로 나타낼 수 있는 것은?
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포20
3번 — Bin(10, 1/2)
이항분포는 성공 확률이 p 인 시행을 서로 독립으로 정해진 n 번 했을 때 성공한 횟수입니다. 1번은 던지는 횟수가 정해져 있지 않으므로 기하분포, 2번은 정해진 시행 횟수 없이 단위 시간 동안 독립적으로 아무 때나 일어난 횟수이므로 포아송 분포로 봅니다. 4번은 성공·실패로 가르는 시행이 아니라 1 부터 6 까지 고르게 나오는 값이라 이항분포가 아닙니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포21

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포22


- 동전을 다섯 번째 던져 처음으로 앞면이 나오는 확률
- 주사위를 세 번째 굴려 처음으로 6이 나오는 확률
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포23

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포24

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06주차 · 대표적인 이산형 확률분포26

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포27

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포28
앞면이 나올 확률이 1/2 인 동전을, 처음 앞면이 나올 때까지 던집니다. 세 번째에 처음 앞면이 나올 확률은?
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포29
기하분포의 확률함수 (1−p)^(x−1) p
1번 — 1/8
세 번째에 처음 성공하려면 앞의 두 번은 실패하고 세 번째에 성공해야 합니다. 실패 확률을 두 번, 성공 확률을 한 번 곱합니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포30

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포31

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포32

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포33
6.4 포아송 분포

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포34

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포35

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포36

06주차 · 대표적인 이산형 확률분포37
단위 시간에 평균 3번 일어나는 사건 X ~ Poi(3) 에서 P(X = 0) 을 구하세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포38
포아송 분포의 확률함수에 x = 0
2번 — e⁻³
x = 0 을 넣으면 λ⁰ 과 0! 이 모두 1 이라 e^(−λ) 만 남습니다. 평균이 3 이어도 한 번도 안 일어날 확률은 0 이 아닙니다. 3e⁻³ 은 P(X = 1) 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포39
시험에 이런 형태로 나올 수 있는 문제입니다. 문제를 띄우면 답 장으로 넘기기 전에 먼저 손으로 풀어 보세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포40
'불량률이 2% 인 공장에서, 처음으로 불량품이 나올 때까지 검사한 제품 수'
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포41
3번 — 기하분포 Ge(0.02)
'처음 성공(여기서는 불량품 발견)할 때까지의 시행 횟수' 가 기하분포입니다. 검사 수 n 이 정해져 있고 그 안의 불량품 개수를 물었다면 이항분포입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포42
성공 확률 0.3 인 시행을 10번 합니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포43
이항분포 공식
E(X) = 3, V(X) = 2.1
10번 중 평균 3번 성공합니다. 분산은 np 에 실패 확률 0.7 을 한 번 더 곱합니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포44
X ~ Bin(4, 1/6) 에서 P(X = 0) 을 구하세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포45
풀이
(5/6)⁴ = 625/1296 ≈ 0.48
x = 0 이면 조합은 1, p⁰ 도 1 이라 실패 확률만 네 번 곱하면 됩니다. 네 번이나 굴려도 6 이 안 나올 확률이 절반 가까이 됩니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포46
공정한 주사위를 6 이 나올 때까지 굴립니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포47
6번 — Ge(1/6) 의 기댓값 1/p
성공 확률이 1/6 이면 평균 6번째에 처음 성공합니다. 확률이 작을수록 오래 걸린다는 직관과 맞습니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포48
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포49
2번 — 4
포아송 분포는 기댓값과 분산이 모두 λ 입니다. 분산이 4 이면 λ = 4 이고 기댓값도 4 입니다. 표준편차(2)와 헷갈리지 마세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포50
분포를 정하면 계산은 한 줄입니다. 문제를 읽고 어떤 코드를 쓸지, 값이 얼마인지 번갈아 고릅니다.
| 분포 | 만드는 코드 | 정확히 k 일 확률 | 기댓값 |
|---|---|---|---|
| 이항 Bin(n, p) | stats.binom(n, p) | .pmf(k) | np |
| 기하 Ge(p) | stats.geom(p) | .pmf(k) | 1/p |
| 포아송 Poi(λ) | stats.poisson(λ) | .pmf(k) | λ |
기댓값·분산은 .mean(), .var() 로도 구합니다. k 이하일 확률은 .cdf(k) 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포51
공정한 동전을 8번 던집니다. 앞면이 정확히 4번 나올 확률을 구하는 코드를 고르세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포52
1번 — stats.binom(8, 0.5).pmf(4)
던지는 횟수 8 이 정해져 있고 앞면(성공) 횟수를 세니 이항분포 Bin(8, 0.5) 입니다. binom 에는 n, p 순서로 넣습니다. cdf(4) 는 '4번 이하' 의 확률이라 다릅니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포53
방금 고른 코드를 실행하면 얼마가 나올까요?
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포54
2번 — 0.273
₈C₄ × (1/2)⁸ = 70/256 ≈ 0.273 입니다. 8번 중 딱 절반이 나올 확률이 0.5 가 아니라는 점이 직관과 다릅니다. 0.637 은 cdf(4), 곧 4번 이하일 확률입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포55
주사위를 굴립니다. 첫 번째는 6 이 아니고, 두 번째에 처음으로 6 이 나올 확률을 구하는 코드를 고르세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포56
3번 — stats.geom(1/6).pmf(2)
'처음 성공할 때까지의 횟수' 는 기하분포입니다. geom 에는 성공 확률 p 를 넣고, pmf 에 몇 번째인지를 넣습니다. 1번은 '두 번 중 한 번' 이라 첫 번째에 6 이 나온 경우까지 셉니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포57
실패 한 번, 그다음 성공 한 번의 확률입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포58
4번 — 0.139
(5/6) × (1/6) = 5/36 ≈ 0.139 입니다. 0.028 은 (1/6)² 으로 두 번 다 6 이 나온 확률, 0.278 은 이항분포로 셌을 때(2 × 5/36) 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포59
손님은 서로 상관없이 한 시간에 평균 4명 옵니다. 한 시간 동안 정확히 2명 올 확률을 구하는 코드를 고르세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포60
2번 — stats.poisson(4).pmf(2)
단위 시간당 평균 횟수가 주어졌으니 포아송분포입니다. poisson 에는 평균 λ = 4 를, pmf 에는 알고 싶은 횟수 2 를 넣습니다. 1번은 둘을 바꿔 넣었고, 4번은 '2명 이하' 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포61
4² / 2! × e⁻⁴ 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포62
1번 — 0.147
16/2 × e⁻⁴ = 8e⁻⁴ ≈ 0.147 입니다. 0.238 은 cdf(2), 곧 0·1·2명을 모두 더한 값이고, 0.018 은 한 명도 안 올 확률 e⁻⁴ 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포63
불량률 10% 인 제품 20개 중 불량품 수입니다. stats.binom(20, 0.1).mean() 의 값을 고르세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포64
3번 — 2
이항분포의 기댓값은 np = 20 × 0.1 = 2 입니다. 1.8 은 분산 np(1 − p) = 20 × 0.1 × 0.9 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포65
성공률 25% 인 뽑기를 처음 성공할 때까지 합니다. stats.geom(0.25).mean() 의 값을 고르세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포66
3번 — 4
기하분포의 기댓값은 1/p = 1/0.25 = 4 입니다. 평균 네 번째에 처음 성공합니다. 12 는 분산 (1 − p)/p² 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포67
동전을 3번 던진 앞면 수 X 에 대해 rv = stats.binom(3, 0.5) 입니다. rv.cdf(1) 의 값을 고르세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포68
3번 — 0.5
cdf(1) 은 P(X ≤ 1) = P(X = 0) + P(X = 1) = 1/8 + 3/8 = 0.5 입니다. 0.375 는 pmf(1), 곧 정확히 1번일 확률입니다. '이하' 는 cdf, '정확히' 는 pmf 입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포69
분포를 정하고 코드 한 줄로 구해 보세요.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포70
1번 — 0.117
문제 수 10 이 정해져 있고 맞힌 개수를 세니 Bin(10, 0.5) 입니다. stats.binom(10, 0.5).pmf(7) = ₁₀C₇ / 2¹⁰ = 120/1024 ≈ 0.117 입니다. 0.945 는 cdf(7), 곧 7개 이하일 확률입니다.
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포71
Q&A
06주차 · 대표적인 이산형 확률분포72