關(guān)于全概率公式和貝葉斯公式的教學(xué)設(shè)計(jì)

萬(wàn)祥蘭

摘 要： 全概率公式和貝葉斯公式是概率教學(xué)中的重難點(diǎn).本文利用啟發(fā)式、總結(jié)式等方法，對(duì)全概率公式和貝葉斯公式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)例，給出相關(guān)的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞： 全概率公式 貝葉斯公式 完備事件組

1.引例

某廠使用甲、乙、丙三個(gè)產(chǎn)地的同型號(hào)電子元件用于生產(chǎn)電腦，其來(lái)自三地的元件數(shù)量各占0.25，030，0.45，且它們的合格率分別為0.95，0.96，0.97，

（1）若任取一元件，問(wèn)取到的是合格品的概率是多少？

（2）若查出某一元件不合格，問(wèn)該元件最有可能來(lái)自何地？

在第（1）問(wèn)中，雖不知元件產(chǎn)自何地，但知道必是甲、乙、丙三地之一，合格率的大小與產(chǎn)地有關(guān)，而第（2）問(wèn)則是已知結(jié)果追溯原因，并作出決策.為此引出解決這兩類問(wèn)題的方法，即全概率公式、貝葉斯公式及貝葉斯決策.

2.全概率公式和貝葉斯公式

定理：設(shè)事件A ，A …A 兩兩互不相容，P（A ）>0（I=1，2，…，N），且 A =Ω，則對(duì)任一事件B，有

全概率公式：P（B）= P（A ）P（B|A ）

貝葉斯公式：若P（B）>0，則P（A |B）= （i=1，2，…n）

證明參見(jiàn)教材.

由這個(gè)定理可得例2的解如下：

設(shè)A ，A ，A 分別表示“電子元件來(lái)自甲、乙、丙三地”，則A ，A ，A 構(gòu)成Ω的一個(gè)劃分，又設(shè)B表示“取得的元件為合格品”，易知

P（A ）=0.25，P（A ）=0.30，P（A ）=0.45，P（B|A ）=0.95，P（B|A ）=0.96，P（B|A ）=0.97

于是

（1）P（B）= P（A ）P（B|A ）=0.25×0.95+0.30×0.96+0.45×0.97=0.9620

（2）P（A | ）= = =0.3289

同理，P（A | ）= =0.3157

P（A | ）= =0.3552

由計(jì)算結(jié)果知P（A | ）>P（A | ）>P（A | ）.

從這個(gè)例子可以看到，全概率公式和貝葉斯公式的條件完全相同，是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面.在全概率公式中，構(gòu)成劃分的事件A ，A …A 是導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的原因，故P（A ）叫先驗(yàn)概率，而在貝葉斯公式中P（A | ）叫后驗(yàn)概率，這是知道結(jié)果再追溯原因出在何處，并由此作出貝葉斯決策，這種決策方法在隨機(jī)信號(hào)處理、投資決策和風(fēng)險(xiǎn)管理等方面有廣泛應(yīng)用.

3.應(yīng)用舉例

例2：某人到外地開會(huì)，他乘火車、輪船、汽車或飛機(jī)去的概率分別為0.2，0.1，0.3和0.4，他乘火車、輪船、汽車遲到的概率分別為 ， ， ，乘飛機(jī)不會(huì)遲到，求他開會(huì)遲到的概率.

分析：引起目標(biāo)事件P（B）“遲到”的所有原因?yàn)槌嘶疖嚒⑤喆?、汽車或飛機(jī)，它們構(gòu)成了完備事件組，且P（B|A ）已知，因此可以直接用全概率公式求解.

解：設(shè)B表示事件“開會(huì)遲到”，A ，A ，A ，A 分別表示“某人乘火車、輪船、汽車或飛機(jī)”，由全概率公式

P（B）= P（A ）P（B|A ）=0.2× +0.1× +0.3× +0.4×0≈0.152

例3：考試時(shí)選擇題有4個(gè)答案，其中只有一個(gè)是正確的，當(dāng)學(xué)生不會(huì)做時(shí)可以隨機(jī)猜測(cè).假設(shè)一個(gè)學(xué)生會(huì)做題與不會(huì)做題的概率相等，現(xiàn)在從卷面上看該題答對(duì)了，求該學(xué)生確實(shí)會(huì)做此題的概率.

分析：現(xiàn)在是知道結(jié)果“卷面上看該題答對(duì)了”，追溯原因“學(xué)生確實(shí)會(huì)做此題”，顯然是用貝葉斯公式.

解：設(shè)事件B表示“學(xué)生答對(duì)該題”，A表示“學(xué)生會(huì)做該題”，A與 構(gòu)成了一個(gè)完備事件組.從而P（A）=P（ ）=0.5，P（B|A）=1，P（B| ）=0.25，由貝葉斯公式，可得所求概率為：

P（A|B）= = =0.8

在應(yīng)用全概率及貝葉斯公式時(shí)，有時(shí)常使用某事件A與其逆事件 作為一個(gè)劃分.

例4：某地區(qū)居民的肝癌發(fā)病率為0.0004，采用甲胎蛋白法進(jìn)行普查，醫(yī)學(xué)研究表明，化驗(yàn)結(jié)果是存在錯(cuò)誤的.已知患有肝癌的人其化驗(yàn)結(jié)果0.99呈陽(yáng)性（有?。鴽](méi)有患肝癌的人其化驗(yàn)結(jié)果0.999呈陰性（無(wú)?。?，現(xiàn)某人的檢驗(yàn)結(jié)果為陽(yáng)性，問(wèn)他真的患肝癌的概率是多少？

解：設(shè)B表示事件“檢驗(yàn)結(jié)果呈陽(yáng)性”，A表示“被檢查者患有肝癌”，顯然，A與 構(gòu)成了一個(gè)完備事件組.P（A）=0.0004，P（B|A）=0.99，P（ ）=0.9996，P（B| ）=0.001，由貝葉斯公式，可得

P（A|B）= = =0.284

檢查結(jié)果呈陽(yáng)性真的患肝癌的概率只有0.284，如何確保診斷無(wú)誤呢？臨床上通常的辦法就是復(fù)診.復(fù)診時(shí)患肝癌的概率不再是0.0004，而是0.284，第一次檢查呈陽(yáng)性，對(duì)其患病的概率進(jìn)行了修正.

假若第二次檢查仍然呈陽(yáng)性，則患肝癌的概率為

P（A|B）= = =0.997

該例題表明復(fù)查可以提高醫(yī)生診斷的準(zhǔn)確性.

4.應(yīng)用公式的一般步驟

（1）找出樣本空間Ω的完備事件組；

（2）求P（A ），P（B|A ）；

（3）求P（B），P（A |B）.

5.課堂小結(jié)

全概率公式——由因求果，貝葉斯公式——執(zhí)果尋因.

參考文獻(xiàn)：

[1]李子強(qiáng).概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì).科學(xué)出版社，2011：18-19.

[2]符方健.全概率公式及其應(yīng)用技巧[J].高等數(shù)學(xué)研究，2011，14（2）：52-54.