Рассчитать математическое ожидание случайной величины. Характеристики случайной дискретной величины среднее значение случайной величины

Функция распределения содержит полную информацию о случайной величине. На практике функцию распределения не всегда можно установить; иногда такого исчерпывающего знания и не требуется. Частичную информацию о случайной величине дают числовые характеристики, которые в зависимости от рода информации делятся на следующие группы.
1. Характеристики положения случайной величины на числовой оси (мода Мo , медиана Мe , математическое ожидание М(Х )).
2. Характеристики разброса случайной величины около среднего значения (дисперсия D(X ), среднее квадратическое отклонение σ(х )).
3. Характеристики формы кривой y = φ(x ) (асимметрия As , эксцесс Ех ).
Рассмотрим подробнее каждую из указанных характеристик.
Математическое ожидание случайной величины Х указывает некоторое среднее значение, около которого группируются все возможные значения Х . Для дискретной случайной величины, которая может принимать лишь конечное число возможных значений, математическим ожиданием называют сумму произведений всех возможных значений случайной величины на вероятность этих значений:
. (2.4)
Для непрерывной случайной величины Х , имеющей заданную плотность распределения φ(x ) математическим ожиданием называется следующий интеграл:
. (2.5)
Здесь предполагается, что несобственный интеграл сходится абсолютно, т.е. существует.
Свойства математического ожидания:
1. М(С ) = C , где С = const ;
2. M(C ∙Х) = С ∙М(Х );
3. М(Х ± Y) = М(Х ) ± М(Y ), где X и Y – любые случайные величины;
4. М(Х ∙Y )=М(Х )∙М(Y ), где X и Y – независимые случайные величины.
Две случайные величины называются независимыми , если закон распределения одной из них не зависит от того, какие возможные значения приняла другая величина.
Модой дискретной случайной величины, обозначаемой Мо , называется ее наиболее вероятное значение (рис. 2.3), а модой непрерывной случайной величины – значение, при котором плотность вероятности максимальна (рис. 2.4).



Рис. 2.3 Рис. 2.4
Медианой непрерывной случайной величины Х называется такое ее значение Ме, для которого одинаково вероятно, окажется ли случайная величина меньше или больше Ме , т.е.
Р(Х < Ме) = Р(X > Ме )
Из определения медианы следует, что Р(Х <Ме ) = 0,5, т.е. F (Ме ) = 0,5. Геометрически медиану можно истолковывать как абсциссу, в которой ордината φ(x ) делит пополам площадь, ограниченную кривой распределения (рис. 2.5). В случае симметричного распределения медиана совпадает с модой и математическим ожиданием (рис. 2.6).

Рис. 2.5 Рис. 2.6

Дисперсия.

Диспе́рсия случа́йной величины́ - мера разброса данной случайной величины, то есть её отклонения от математического ожидания. Обозначается D [X ] в русской литературе и (англ. variance ) в зарубежной. В статистике часто употребляется обозначение или . Квадратный корень из дисперсии, равный , называется среднеквадрати́чным отклоне́нием,станда́ртным отклоне́нием или стандартным разбросом. Стандартное отклонение измеряется в тех же единицах, что и сама случайная величина, а дисперсия измеряется в квадратах этой единицы измерения.

Из неравенства Чебышёва следует, что случайная величина удаляется от её математического ожидания на более чем k стандартных отклонений с вероятностью менее 1/k ². Так, например, как минимум в 75 % случаев случайная величина удалена от её среднего не более чем на два стандартных отклонения, а в примерно 89 % - не более чем на три.

Дисперсией случайной величины называется математическое ожидание квадрата ее отклонения от математического ожидания
D(X ) = M(X –М(Х )) 2 .
Дисперсию случайной величины Х удобно вычислять по формуле:
а) для дискретной величины
; (2.6)
б) для непрерывной случайной величины
j(х )dx – 2 . (2.7)
Дисперсия обладает следующими свойствами:
1. D(C ) = 0, где С = const ;
2. D(C ×X ) = C 2 ∙D(X );
3. D (X ±Y ) = D (X ) + D (Y ), если X и Y независимые случайные величины.
Средним квадратическим отклонением случайной величины Х называется арифметический корень из дисперсии, т.е.
σ(X ) = .
Заметим, что размерность σ(х ) совпадает с размерностью самой случайной величины Х , поэтому среднее квадратическое отклонение более удобно для характеристики рассеяния.
Обобщением основных числовых характеристик случайных величин является понятие моментов случайной величины.
Начальным моментом k-го порядка α k случайной величины Х называется математическое ожидание величины Х k , т.е. α k = М(Х k ).
Начальный момент первого порядка – это математическое ожидание случайной величины.
Центральным моментом k-го порядка μ k случайной величины Х называется математическое ожидание величины (Х –М(Х )) k , т.е. μ k = М(Х –М(Х )) k .
Центральный момент второго порядка – это дисперсия случайной величины.
Для дискретной случайной величины начальный момент выражается суммой α k = , а центральный – суммой μ k = где р i = p(X = x i ). Для начального и центрального моментов непрерывной случайной величины можно получить следующие равенства:
α k = ,  μ k = ,
где φ(x ) – плотность распределения случайной величины Х.
Величина As = μ 3 / σ 3 называется коэффициентом асимметрии .
Если коэффициент асимметрии отрицательный, то это говорит о большом влиянии на величину m 3 отрицательных отклонений. В этом случае кривая распределения (рис.2.7) более полога слева от М(Х ). Если коэффициент As положительный, а значит, преобладает влияние положительных отклонений, то кривая распределения (рис.2.7) более полога справа. Практически определяют знак асимметрии по расположению кривой распределения относительно моды (точки максимума дифференциальной функции).


Рис. 2.7
Эксцессом Еk называется величина
Еk = μ 4 / σ 4 – 3.

Вопрос 24. Корреляция

Корреля́ция (корреляционная зависимость ) - статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин (либо величин, которые можно с некоторой допустимой степенью точности считать таковыми). При этом изменения значений одной или нескольких из этих величин сопутствуют систематическому изменению значений другой или других величин. Математической мерой корреляции двух случайных величин служит корреляционное отношение , либо коэффициент корреляции (или ) . В случае, если изменение одной случайной величины не ведёт к закономерному изменению другой случайной величины, но приводит к изменению другой статистической характеристики данной случайной величины, то подобная связь не считается корреляционной, хотя и является статистической .

Впервые в научный оборот термин «корреляция» ввёл французский палеонтолог Жорж Кювье в XVIII веке. Он разработал «закон корреляции» частей и органов живых существ, с помощью которого можно восстановить облик ископаемого животного, имея в распоряжении лишь часть его останков. В статистике слово «корреляция» первым стал использовать английский биолог и статистик Фрэнсис Гальтон в конце XIX века.

Некоторые виды коэффициентов корреляции могут быть положительными или отрицательными (возможна также ситуация отсутствия статистической взаимосвязи - например, для независимых случайных величин). Если предполагается, что на значениях переменных задано отношение строгого порядка, то отрицательная корреляция - корреляция, при которой увеличение одной переменной связано с уменьшением другой переменной, при этом коэффициент корреляции может быть отрицательным; положительная корреляция в таких условиях - корреляция, при которой увеличение одной переменной связано с увеличением другой переменной, при этом коэффициент корреляции может быть положительным.

Наберитесь терпения и прочитайте это..

Игра с положительным математическим ожиданием - жизненно важная концепция для всех спекулянтов, это концепция, на которой строится система веры, но сама концепция не может быть построена на вере. Казино не работают на вере. Казино оперирует, управляя своим бизнесом, основываясь на чистой математике. Казино знает, что, в конечном счете, законы рулетки и игры в кости возьмут верх. Поэтому казино не дает игре останавливаться. Казино не против того чтобы подождать, но казино не останавливается и играет круглые сутки, ведь чем дольше вы играете в его игру отрицательного математического ожидания, тем больше организаторы казино уверены, что получат ваши деньги.

Трейдеру необходимо иметь понятие о математическом ожидании. В зависимости от того, у кого математическое преимущество в игре, оно называется либо преимуществом игрока - положительное ожидание, либо преимуществом игорного дома - отрицательное ожидание. Допустим, мы играем с вами в орла-или-решку. Ни у вас, ни у меня нет преимущества у каждого 50% шансов на выигрыш. Но если мы перенесем эту игру в казино, которое снимает 10% с каждого кона, то вы выиграете только 90 центов на каждый проигранный доллар. Это преимущество игорного дома оборачивается для вас как игрока сильным отрицательным математическим ожиданием. И ни одна система контроля, над капиталом, ни одна стратегия не может одолеть игру с отрицательным ожиданием.

В играх с отрицательным математическим ожиданием не имеется никакой схемы управления деньгами (стратегии) которая сделает вас победителем.

Интересная штука рулетка, передовик всех азартных игр, в основу возьмем ее. Итак, казино, крики, шум, эмоции и роскошная показуха, но мы сосредоточимся на рулетке. Давайте рассчитаем математическое ожидание игры в рулетку, если играть только на красное-черное (в трейдинге кстати это лонг или шорт). Итак на рулетке всего 38 игровых полей - 36 цифр (18 красных и 18 черных полей), а также два зеро (возьмем релетку с двумя зеро). Таким образом, вероятность выигрыша при ставке на красное или черное составляет приблизительно 0.45 (18/38). В случае положительного исхода ставки мы удваиваем свою ставку, а в случае неудачи теряем все поставленное. Ах да, в случае выпадения зеро мы так же теряем свои деньги. Отсюда имеем отрицательное математическое ожидание. Данную игру можно назвать невыгодной по причине наличия среди игровых полей двух зеро, при выпадении которых нашу ставку забирает в свою пользу казино. Одна ячейка - это примерно 2,6% колеса рулетки, две ячейки это более 5%, именно такой процент хозяева казино кладут себе в карман в среднем с каждой сделки, так казино медленно выкачивает деньги из клиентов, зарабатывая уже много десятилетий.

Безусловно для казино эта игра с положительным математическим ожиданием, при двух зеро казино получит деньги игрока в двадцати случаях из 38. И чем больше игра будет продолжаться, тем больше казино получит прибыли.

А каково математическое ожидание финансовых игр? Ставки на финансовые инструменты обладают всеми внешними атрибутами азартных игр, финансовые игры на бирже распыляют зеро рулетки на большое количество компонентов вероятности - спрэд, комиссионные бирже, комиссионные брокеру, абоненская плата за пользованием биржевого терминала, плата за перевод средств на счета и по сути 13% налог на будущую прибыль в совокупности являются своеобразными аналогами зеро рулетки . Это дает основание говорить об отрицательном, изначально неблагоприятном математическом ожидании для игрока (трейдера).

Я хочу что бы вы поняли - Никакой метод управления капиталом, никакая стратегия, не может превратить отрицательное ожидание в положительное. Это абсолютно верное замечание. Математических доказательств этому утверждению нет. Однако это не означает, что такое не может произойти. Конечно в азартных играх участник может выйти на полосу выигрышей, совпадений и просто прекратить игру, в результате такой человек по сути окажется победителем. Но на долго ли он завяжет с игрой?...

Поэтому единственный случай, когда у вас есть шанс выиграть в долгосрочной перспективе, - это игра с положительным математическим ожиданием . Думаю, вы можете выиграть как правило при многократном использовании ставки одинакового размера и только при отсутствии верхнего поглощающего барьера . Азартный игрок, который начинает со 100 долларов, прекратит играть, если его счет вырастит до 101 доллара. Эта верхняя цель (101 доллар) называется поглощающим барьером. Допустим, игрок всегда ставит 1 доллар на красный цвет рулетки где 18 полос красные, 18 полос черные, 2 полосы ноль, при нуле деньги уходят в казино. Таким образом, игра идет при небольшом отрицательном математическом ожидании. У игрока больше шансов увидеть, как его счет вырастет до 101 доллара и игрок прекратит играть, чем то, что его счет уменьшится до нуля, и игроку будет не на что играть. Если игрок будет играть на рулетке снова и снова, то окажется жертвой отрицательного математического ожидания. Если сыграть в такую игру только раз, то аксиома неизбежного банкротства, конечно же, не применима, если сыграть один раз то скажем так сила отрицательного мат. ожидания будет максимально слаба. Различие между отрицательным ожиданием и положительным ожиданием - это различие между жизнью и смертью вашего депозита.

Когда вы понимаете, что игра имеет отрицательное математическое ожидание, то лучшей ставкой будет отсутствие ставки. Помните, что нет стратегии управления деньгами, которая может превратить проигрышную игру в выигрышную . Допустим вы все же должны сделать ставку в игре с отрицательным ожиданием, то наилучшей стратегией будет «стратегия максимальной смелости» . Другими словами, вам надо сделать как можно меньше ставок (в противоположность игре с положительным ожиданием, где следует ставить как можно чаще, желательно вообще не выходить из игры). Итак чем больше попыток, тем больше вероятность, что при отрицательном ожидании вы проиграете. Поэтому при отрицательном ожидании меньше возможности для проигрыша, если длина игры укорачивается (то есть когда число попыток приближается к 1). Если вы играете в игру, где есть шанс 49% выиграть 1 доллар и 51% проиграть 1 доллар, то лучше всего сделать только одну попытку. Чем больше ставок вы будете делать, тем больше сила вероятности, что вы проиграете (с вероятностью проигрыша, приближающейся к 100% уверенности, когда игра приближается к бесконечности при отрицательном мат. ожидании).

Организаторы игры, казино - не расскажут трейдеру о математическом ожидании, «они» расскажут трейдеру о возможности выиграть и найдут различные причины для трейдера сделать ставку. Слушая организаторов игры и огромного количества околорыночников которые получают комиссию не рискуя своими деньгами трейдер полагает, что для успешной игры важно проанализировать график, новости, нарисовать черточки по лженауке тех анализа и тем самым найти подходящий момент для открытия позиций и этим якобы повысить надежность своей системы-стратегии (если она есть) и победить рынок. Но правда кроется в том, что не менее 97% людей, пытающихся изобрести системы-стратегии трейдинга, просто пытаются найти идеальный входной сигнал . Этот входной сигнал бессилен против изначального математически отрицательного ожидания. Фактически трейдеры почти всегда говорят о своих системах, имеющих коэффициент надежности не менее 60%. Но при этом их удивляет, почему они не зарабатывают денег, в долгосрочной перспективе трейдеры теряют деньги! Поймите, даже система с высоким процентом выигрышей при отрицательном математическом ожидании это путь в никуда, лучшее что может сделать трейдер это остановиться на полосе побед и больше не входить в рынок.

Еще такая интересная подробность, допустим вы начинаете игру с одного доллара, выигрываете при первом броске и зарабатываете доллар. При следующем броске вы ставите весь счет (2 доллара), однако на этот раз проигрываете и теряете их. Вы проиграли первоначальную сумму в 1 доллар и 1 доллара прибыли, Дело в том, что если вы используете 100% счета, то выйдете из игры, как только столкнетесь с проигрышем который является неизбежным событием. Из этого вытекает важное правило, если вы все таки начали игру, то играйте одинаковыми ставками, а прибыль забирайте себе. Не входите в рынок большими ставками при отрицательном математическом о

Постоянно краткосрочные трейдеры рассказывают типа Я успешный дэй-трейдер. Вхожу в рынок и выхожу из него по нескольку раз в день. И почти каждый день зарабатываю деньги. Но за один вчерашний день я потерял почти годовую прибыль и очень этим расстроен. Такие ошибки возникают в результате изменения ставки, попадании в ловушку с использованием плечей и эмоциональном трейдинге. Подбор входа, заработок в течении некоторого времени и слив счета в итоге, это судьба подавляющего большинства трейдеров играющих но поле отрицательного мат. ожидания.

Как трейдеры борятся с рынком? Попытки преломить отрицательное математическое ожидание – это одинаковые серии ставок по одинаковым «событиям». Это - классический пример азартной игры, где участники пытаются воспользоваться сериями. Единственный случай, который приводит их к проигрышу при таком подходе, - это когда в серии наблюдается много одинаковых выпадений подряд. Серии, чем более мелкие тем лучше - более эффективны чем слепая игра, тем не менее серии не обеспечивают положительное математическое ожидание.

Все вы наверно слышали про Мартингейл, это усовершенствованная стратегия серий. Тут игрок начинает с минимальной ставки, обычно с 1 доллара, и после каждого проигрыша удваивает ставку. Теоретически он рано или поздно должен выиграть и тогда получит обратно все проигранное плюс один доллар. После этого он опять может сделать минимальную ставку и начать сначала. Базовая концепция метода Мартингейл строится на том, что по мере уменьшения суммы в результате убытков возможность компенсации потерь либо увеличивается, либо остается прежней. Это популярный тип управления капиталом для игроков в азартные игры. Система удвоения выглядит беспроигрышной до того момента, когда вы сообразите, что длинная полоса неудач разорит любого игрока, сколь бы богат он ни был. Игрок, начавший с 1 доллара и проигравший 46 раз, должен поставить 47-ю ставку в 70 триллионов долларов , а это больше, чем стоимость всего мира (примерно 50 триллионов). Ясно, что намного раньше у него кончатся деньги или он упрется в ограничения его депозита или казино. Считаю что система удвоения бесполезна, если у вас отрицательное математическое ожидание и слишком рискованна для того что бы использовать эту систему на свои деньги.

В бесконечном продолжении игра с отрицательным математическим ожиданием является бесперспективной. Но при ограниченном числе серий вероятность выйти победителем есть. Либо нужно искать мат. положительную игру где возможная прибыль будет больше, чем возможный убыток на 1 ставку.

Большинство трейдеров гибнут от одной из двух пуль это незнание и эмоции. Профаны играют по наитию, ввязываясь в сделки, которые им - вследствие отрицательного математического ожидания - следовало бы пропустить. Если они выживают, то, подучившись, начинают разрабатывать системы поумнее. Затем, уверившись в себе, они высовывают голову из окопа - и попадают под вторую пулю. От самонадеянности они ставят слишком много на одну сделку и вылетают из игры после короткой вереницы потерь. Эмоциональность оказывает самое непосредственное влияние на финансовый результат, получаемый инвестором - в большей степени игроком от финансовых спекуляций. И чем эмоциональней поведение человека, тем значительней будет отклонение математического ожидания финансовых результатов его торговли от реальности. Для азартных игр, обладающих отрицательным математическим ожиданием финансовые результаты, полученные под влиянием эмоций, это похороны депозита.

Как правило, любые игры с денежным выигрышем, будь это лотерея, ставки на ипподроме и в букмекерских конторах, игральные автоматы и т.п., являются играми с отрицательным математическим ожиданием для игрока. Казино не просто так организуют для вас эти игры. Особенность среднестатистического трейдера состоит в том, что он не способен просчитать все мелочи которые ожидают его в будущем, потому и будущее его игры предрешено.

Хочу что бы вы поняли - участие в любой из игр с отрицательным математическим ожиданием нельзя расценивать как источник стабильного дохода.

Что делать? Каждый решает для себя сам, я нашел математически положительное ожидание на биржевых опционах, но даже там постоянные изменения правил игры брокерами и биржами приводят к сильному уменьшению итогового дохода. Размазанный ноль рулетки на спредах, поборах, брокеров и других мелочах жестоко уменьшает итоговую прибыль, но именно с использованием опционов и только можно выстроить мат+ систему в этом «казино 21 века».

Ищите математически положительное ожидание любыми способами!

Думаю так, ключ к зарабатыванию денег на финансовом рынке состоит в том, чтобы иметь систему с высоким положительным математическим ожиданием, используя эту систему крайне важно использовать изначально установленый размер позиции, работать строго по правилам и многократно и как можно дольше раз продолжать игру и зарабатывать борясь с выходками организаторов этого «казино».

Математическим ожиданием (средним значением) случайной величины X , заданной на дискретном вероятностном пространстве, называется число m =M[X]=∑x i p i , если ряд сходится абсолютно.

Назначение сервиса . С помощью сервиса в онлайн режиме вычисляются математическое ожидание, дисперсия и среднеквадратическое отклонение (см. пример). Кроме этого строится график функции распределения F(X) .

Свойства математического ожидания случайной величины

1. Математическое ожидание постоянной величины равно ей самой: M[C]=C , C – постоянная;
2. M=C M[X]
3. Математическое ожидание суммы случайных величин равно сумме их математических ожиданий: M=M[X]+M[Y]
4. Математическое ожидание произведения независимых случайных величин равно произведению их математических ожиданий: M=M[X] M[Y] , если X и Y независимы.

Свойства дисперсии

1. Дисперсия постоянной величины равна нулю: D(c)=0.
2. Постоянный множитель можно вынести из-под знака дисперсии, возведя его в квадрат: D(k*X)= k 2 D(X).
3. Если случайные величины X и Y независимы, то дисперсия суммы равна сумме дисперсий: D(X+Y)=D(X)+D(Y).
4. Если случайные величины X и Y зависимы: D(X+Y)=DX+DY+2(X-M[X])(Y-M[Y])
5. Для дисперсии справедлива вычислительная формула:
   D(X)=M(X 2)-(M(X)) 2

Пример . Известны математические ожидания и дисперсии двух независимых случайных величин X и Y: M(x)=8 , M(Y)=7 , D(X)=9 , D(Y)=6 . Найти математическое ожидание и дисперсию случайное величины Z=9X-8Y+7 .
Решение. Исходя из свойств математического ожидания: M(Z) = M(9X-8Y+7) = 9*M(X) - 8*M(Y) + M(7) = 9*8 - 8*7 + 7 = 23.
Исходя из свойств дисперсии: D(Z) = D(9X-8Y+7) = D(9X) - D(8Y) + D(7) = 9^2D(X) - 8^2D(Y) + 0 = 81*9 - 64*6 = 345

Алгоритм вычисления математического ожидания

Свойства дискретных случайных величин: все их значения можно перенумеровать натуральными числами; каждому значению сопоставить отличную от нуля вероятность.

1. Поочередно умножаем пары: x i на p i .
2. Складываем произведение каждой пары x i p i .
   Например, для n = 4: m = ∑x i p i = x 1 p 1 + x 2 p 2 + x 3 p 3 + x 4 p 4

Функция распределения дискретной случайной величины ступенчатая, она возрастает скачком в тех точках, вероятности которых положительны.

Пример №1 .

x i	1	3	4	7	9
p i	0.1	0.2	0.1	0.3	0.3

Математическое ожидание находим по формуле m = ∑x i p i .
Математическое ожидание M[X] .
M[x] = 1*0.1 + 3*0.2 + 4*0.1 + 7*0.3 + 9*0.3 = 5.9
Дисперсию находим по формуле d = ∑x 2 i p i - M[x] 2 .
Дисперсия D[X] .
D[X] = 1 2 *0.1 + 3 2 *0.2 + 4 2 *0.1 + 7 2 *0.3 + 9 2 *0.3 - 5.9 2 = 7.69
Среднее квадратическое отклонение σ(x) .
σ = sqrt(D[X]) = sqrt(7.69) = 2.78

Пример №2 . Дискретная случайная величина имеет следующий ряд распределения:

Х	-10	-5	0	5	10
р	а	0,32	2a	0,41	0,03

Найти величину a , математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение этой случайной величины.

Решение. Величину a находим из соотношения: Σp i = 1
Σp i = a + 0,32 + 2 a + 0,41 + 0,03 = 0,76 + 3 a = 1
0.76 + 3 a = 1 или 0.24=3 a , откуда a = 0.08

Пример №3 . Определить закон распределения дискретной случайной величины, если известна её дисперсия, причем х 1 x 1 =6; x 2 =9; x 3 =x; x 4 =15
p 1 =0,3; p 2 =0,3; p 3 =0,1; p 4 =0,3
d(x)=12,96

Решение.
Здесь надо составить формулу нахождения дисперсии d(x) :
d(x) = x 1 2 p 1 +x 2 2 p 2 +x 3 2 p 3 +x 4 2 p 4 -m(x) 2
где матожидание m(x)=x 1 p 1 +x 2 p 2 +x 3 p 3 +x 4 p 4
Для наших данных
m(x)=6*0,3+9*0,3+x 3 *0,1+15*0,3=9+0.1x 3
12,96 = 6 2 0,3+9 2 0,3+x 3 2 0,1+15 2 0,3-(9+0.1x 3) 2
или -9/100 (x 2 -20x+96)=0
Соответственно надо найти корни уравнения, причем их будет два.
x 3 =8, x 3 =12
Выбираем тот, который удовлетворяет условию х 1 x 3 =12

Закон распределения дискретной случайной величины
x 1 =6; x 2 =9; x 3 =12; x 4 =15
p 1 =0,3; p 2 =0,3; p 3 =0,1; p 4 =0,3

Пусть для случайной величины x возможные значения:

X1, x2, …, xk.

Измерения проводятся N раз, результат x i наблюдается N i раз, тогда

Среднее значение

(сумма результатов измерений)/(число всех измерений) =
.

При
с учетом (1.1)

получаем

. (1.5)

Для функции случайной величины

. (1.5а)

Среднее значение величины равно сумме произведений ее значений на вероятности этих значений .

При
получаем
и (1.5а) дает нормировку вероятностей

. (1.6)

Свойства среднего

Для постоянной
и независимых случайных величинx и y выполняется:

1)

– постоянный множитель выносится из под знака усреднения;

– среднее от суммы/разности равно сумме/разности средних;

3)

– среднее от произведения независимых величин равно произведению их средних.

Доказательство свойства 1

Из определения среднего (1.5а)

получаем

Доказательство свойства 2

Функция
, описывающая распределение вероятности дляслучайной величины x , одинакова для функций
и
, тогда из определения среднего (1.5а)

;

Доказательство свойства 3

Используем определение среднего и функцию распределения
независимых случайных величин x и y . Согласно теореме о независимых событиях их вероятности перемножаются

Тогда получаем

.

Основные определения

Отклонение от среднего случайной величины

.

Среднее отклонение от среднего случайной величины равно нулю

Среднее квадратичное величины

. (1.7)

Для средних значений случайных величин x и y выполняется неравенство Коши–Буняковского–Шварца

. (1.7а)

Из (1.7а) при
находим

. (1.7б)

Среднее квадратичное больше или равно квадрату среднего.

Дисперсия –­ среднее квадратичное отклонение от среднего

Из (1.7б) получаем
.

Флуктуация – корень квадратный из дисперсии

Относительная флуктуация

. (1.10)

Если x случайным образом изменяется с течением времени, то относительная флуктуация показывает долю времени, в течение которой система находится в состоянии с
.

Теорема: Относительная флуктуация аддитивной величины, характеризующей систему, уменьшается обратно пропорционально корню квадратному из числа независимых подсистем и для макроскопической системы она мала . Примером аддитивной величины (от лат. additivus – «прибавляемый») является энергия. Флуктуация энергии для макросистемы ничтожно мала, для микросистемы она существенна.

Доказательство

Аддитивная величина X для системы равна сумме значений x k для N независимых подсистем

.

По свойству 2 усреднения – среднее от суммы равно сумме средних

– пропорциональна числу подсистем.

Отклонение от среднего

,

дисперсия

.

При возведении в квадрат
и усреднении результата для перекрестных произведений учтено свойство 3 усреднения –среднее от произведения независимых величин равно произведению их средних

,
,

и использовано, что среднее отклонение от среднего равно нулю

.

Не равными нулю остаются квадраты величин. В результате флуктуация

.

Относительная флуктуация

(П.1.11)

уменьшается обратно пропорционально корню квадратному из числа независимых подсистем.

Производящая функция . Имеется случайная величина n , которая принимает дискретные значения в интервале
. Вероятность получения результатаn равна
. Определяем производящую функцию

. (П.1.14)

Если известна производящая функция, то распределение вероятности получаем из (П.1.14)

, (П.1.15)

где использовано

Условие нормировки (1.6)

требует выполнения

. (П.1.16)

Для получения средних значений случайной величины дифференцируем (П.1.14)

,

и находим

. (П.1.17)

Двукратное дифференцирование (П.1.14)

. (П.1.18)

Теорема о произведении производящих функций . Если происходят два независимых вида событий, которые описываются распределениями вероятностей с производящими функциями
и
, то распределение для суммы событий выражается произведением их производящих функций

Понятие математического ожидания можно рассмотреть на примере с бросанием игрального кубика. При каждом броске фиксируются выпавшие очки. Для их выражения используются натуральные значения в диапазоне 1 – 6.

После определенного количества бросков при помощи не сложных расчетов можно найти среднее арифметическое значение выпавших очков.

Также, как и выпадение любого из значений диапазона, эта величина будет случайной.

А если увеличить количество бросков в несколько раз? При больших количествах бросков среднее арифметическое значение очков будет приближаться к конкретному числу, получившему в теории вероятностей название математического ожидания.

Итак, под математическим ожиданием понимается среднее значение случайной величины. Данный показатель может представляться и в качестве взвешенной суммы значений вероятной величины.

Это понятие имеет несколько синонимов:

• среднее значение;
• средняя величина;
• показатель центральной тенденции;
• первый момент.

Иными словами, оно является ничем иным как числом вокруг которого распределяются значения случайной величины.

В различных сферах человеческой деятельности подходы к пониманию математического ожидания будут несколько отличаться.

Оно может рассматриваться как:

• средняя выгода, полученная от принятия какого-то решения, в том случае, когда такое решение рассматривается с точки зрения теории больших чисел;
• возможная сумма выигрыша либо проигрыша (теория азартных игр), рассчитанная в среднем для каждой из ставок. На сленге они звучат как «преимущество игрока» (позитивно для игрока) либо «преимущество казино» (негативно для игрока);
• процент прибыли, полученной от выигрыша.

Матожидание не является обязательным для абсолютно всех случайных величин. Оно отсутствует для тех у которых наблюдается расхождение соответствующей суммы или интеграла.

Свойства математического ожидания

Как и любому статистическому параметру, математическому ожиданию присущи свойства:

Основные формулы для математического ожидания

Вычисление математического ожидания может выполняться как для случайных величин, характеризующихся как непрерывностью (формула А), так и дискретностью (формула Б):

1. M(X)=∑i=1nxi⋅pi, где xi – значения случайной величины, pi – вероятности:
2. M(X)=∫+∞−∞f(x)⋅xdx, где f(x) – заданная плотность вероятностей.

Примеры вычисления математического ожидания

Пример А.

Можно ли узнать средний рост гномов в сказке о Белоснежке. Известно, что каждый из 7 гномов имел определенный рост: 1,25; 0,98; 1,05; 0,71; 0,56; 0,95 и 0,81 м.

Алгоритм вычислений достаточно прост:

• находим сумму всех значений показателя роста (случайная величина):
  1,25+0,98+1,05+0,71+0,56+0,95+ 0,81 = 6,31;
• полученную сумму делим на количество гномов:
  6,31:7=0,90.

Таким образом, средний рост гномов в сказке равен 90 см. Иными словами таково математическое ожидание роста гномов.

Рабочая формула — М(х)=4 0,2+6 0,3+10 0,5=6

Практическая реализация математического ожидания

К вычислению статистического показателя математического ожидания прибегают в различных сферах практической деятельности. В первую очередь речь идет о коммерческой сфере. Ведь введение Гюйгенсом этого показателя связано с определением шансов, которые могут быть благоприятными, либо напротив неблагоприятными, для какого-то события.

Этот параметр широко применяется для оценки рисков, особенно если речь идет о финансовых вложениях.
Так, в предпринимательстве расчет математического ожидания выступает в качестве метода для оценивания риска при расчете цен.

Также данный показатель может использоваться при расчете эффективности проведения тех или иных мероприятий, например, по охране труда. Благодаря ему можно вычислить вероятность наступления события.

Еще одна сфера применения данного параметра – менеджмент. Также он может рассчитываться при контроле качества продукции. Например, при помощи мат. ожидания можно рассчитать возможное количество изготовления бракованных деталей.

Незаменимым мат.ожидание оказывается и при проведении статистической обработки полученных в ходе научных исследований результатов. Он позволяет рассчитать и вероятность проявления желательного либо нежелательного исхода эксперимента или исследования в зависимости от уровня достижения поставленной цели. Ведь ее достижение может ассоциироваться с выигрышем и выгодой, а ее не достижение – в качестве проигрыша либо убытка.

Использование математического ожидания на Форекс

Практическое применение данного статистического параметра возможно при проведении операций на валютном рынке. С его помощью можно осуществлять анализ успешности торговых сделок. При чем увеличение значения ожидания свидетельствует об увеличении их успешности.

Также важно помнить, что математическое ожидание не должно рассматриваться в качестве единственного статистического параметра используемого для анализа работы трейдера. Использование нескольких статистических параметров наряду со средним значением повышает точность проводимого анализа в разы.

Данный параметр хорошо зарекомендовал себя при мониторинговых наблюдениях за торговыми счетами. Благодаря ему выполняется быстрая оценка работ, осуществляемых на депозитном счете. В тех случаях, когда деятельность трейдера удачна и он избегает убытков, пользоваться исключительно расчетом математического ожидания не рекомендуется. В этих случаях не учитываются риски, что снижает эффективность анализа.

Проведенные исследования тактик трейдеров свидетельствуют о том, что:

• наиболее эффективными оказываются тактики, базирующиеся на случайном входе;
• наименее эффективны – тактики, базирующиеся на структурированных входах.

В достижении позитивных результатов не менее важны:

• тактика управления капиталом;
• стратегии выходов.

Используя такой показатель как математическое ожидание можно предположить каким будет прибыль либо убыток при вложении 1 доллара. Известно, что этот показатель, рассчитанный для всех игр, практикуемых в казино, в пользу заведения. Именно это позволяет зарабатывать деньги. В случае длинной серии игр вероятность потери денег клиентом существенно возрастает.

Игры профессиональных игроков ограничены небольшими временными промежутками, что увеличивает вероятность выигрыша и снижает риск проигрыша. Такая же закономерность наблюдается и при выполнении инвестиционных операций.

Инвестор может заработать значительную сумму при положительном ожидании и совершении большого количества сделок за небольшой временной промежуток.

Ожидание может рассматриваться как разница между произведением процента прибыли (PW) на среднюю прибыль (AW) и вероятность убытка (PL) на средний убыток (AL).

В качестве примера можно рассмотреть следующий: позиция – 12,5 тыс. долларов, портфель — 100 тыс. долларов, риск на депозит – 1%. Прибыльность сделок составляет 40% случаев при средней прибыли 20%. В случае убытка средние потери составляют 5%. Расчет математического ожидания для сделки дает значение в 625 долларов.