2025年高尔顿钉板与二项分布

高尔顿钉板与二项分布今天数学课上老师说高尔顿钉板符合高斯分布 然而直觉告诉我这是二项分布 只是二项分布的概率密度函数可以用高斯分布近似而已 其实和高斯分布 正态分布 没什么关系 上图是书上的原图 如果我们把它的结构抽象成树的形式 就是下图 其中小球落入最上面孔的概率是 1

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高尔顿钉板
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今天数学课上老师说高尔顿钉板符合高斯分布,然而直觉告诉我这是二项分布,只是二项分布的概率密度函数可以用高斯分布近似而已,其实和高斯分布(正态分布)没什么关系。

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上图是书上的原图,如果我们把它的结构抽象成树的形式,就是下图,其中小球落入最上面孔的概率是1,从最上面落入下面两个子节点的概率分别为1/2,子节点同样的分为1/4和1/4。而第三排第二个节点处,球可以从其两个父节点落入,所以落入【3,2】的概率是两个1/4的和,即1/2 。总结规律,我们可以看到,这棵树的每一个节点都是父节点(有的只有一个,比如边上两排,有的有两个比如中间的节点)的和的1/2 。比如第四排第二个的权重3/8就是其父节点1/4以及1/2的和的一半,第四排最后一个节点是其父节点1/4的一半,1/8 。
image.png
到这里,我不禁想起了杨辉三角,它的每个节点都是父节点的和。如下图所示。
pascal's triangle
而我们知道,杨辉三角的每排的表示方法是用的二项展开式。上图的第四排就可以看成C30, C31, C32 , C33
而我们的高尔顿板,每次相加之后还要除以2,于是在Cnk的基础上,我们要把它的每项除以2n

image.png
= Cnk(1/2)k·(1/2)n-k
于是我们可以得出结论,高尔顿板的结果是X~B(n, 1/2),服从二项分布。

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