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有限随机变量的概率不等式
不知道完整分布时,均值和方差仍能给概率界。以下只讨论有限取值的随机变量,所有证明都是有限求和。
马尔可夫不等式
若 ,,则
逐结果有 ,取期望即得。也可将期望求和只保留 的项。等号要求所有正概率结果中, 只取 或 。
非负条件不能省:均值可能被负值抵消。若右侧大于 ,应与 取较小者作为概率上界。
切比雪夫不等式
设 ,对任意 ,将上一结论用于非负的 ,得
等号当且仅当所有正概率结果上 只取 或 ,即 只取 ;由于均值为 ,两端取值的概率还必须相等。
相应地,。注意一边的“至少”对应补事件中的严格小于。
例如均值为 、方差为 ,则 。这给一个保证成立的界,不说明实际概率恰为 。
期望形式的柯西与Jensen
在共同的有限样本空间中,结果概率为 ,随机变量取值为 。对 应用柯西得
等号条件是这两组向量线性相关,包括一组全零。没有独立性要求。令两变量减去各自均值,可得协方差绝对值不超过两标准差之积。
若 在包含 全部取值的区间上凸,以概率为权重应用有限Jensen,得 。严格凸时,等号要求 在所有正概率结果上为同一常数。
界可以达到,但需要检验
取 、。直接计算得均值 、方差 ,并有 ,达到切比雪夫上界。
若事件改为 ,实际概率变为 。端点是否包含会改变取等问题,因此写概率界时不要随意替换不等号。