AP Statistics
discrete random variable
Còn gọi: biến ngẫu nhiên gián đoạn · biến rời rạc

Biến ngẫu nhiên rời rạc là biến ngẫu nhiên nhận giá trị từ một tập hữu hạn hoặc vô hạn đếm được, thường dùng để đếm số lần xảy ra của một sự kiện.
Trong thống kê, nhiều thí nghiệm ngẫu nhiên cho kết quả không phải là con số mà là mô tả định tính. Để xử lý bằng toán học, người ta gán mỗi kết quả một giá trị số, và đại lượng số đó được gọi là biến ngẫu nhiên (random variable). Khi tập các giá trị có thể nhận được là hữu hạn hoặc đếm được — chẳng hạn số lần tung được mặt ngửa, số học sinh vắng mặt trong một ngày — biến ngẫu nhiên đó được xếp vào loại rời rạc.
Mỗi giá trị của biến ngẫu nhiên rời rạc đi kèm một xác suất , và toàn bộ các cặp hợp thành phân phối xác suất (probability distribution). Phân phối này phải thỏa hai điều kiện: với mọi , và tổng tất cả xác suất bằng một, . Nhờ đó, ta có thể tính kỳ vọng của biến ngẫu nhiên rời rạc bằng công thức , tức trung bình có trọng số theo xác suất của các giá trị.
Kỳ vọng cho biết giá trị trung bình về dài hạn, nhưng chưa nói lên mức độ phân tán. Vì vậy, phương sai (variance) được định nghĩa là trung bình của bình phương độ lệch: , và độ lệch chuẩn (standard deviation) là căn bậc hai của phương sai. Ngược lại với biến liên tục — sẽ gặp ở phần phân phối mẫu — biến ngẫu nhiên rời rạc chỉ nhận các giá trị cách biệt nhau, nên phân phối xác suất của nó thường được vẽ bằng biểu đồ cột thay vì đường cong.
Trực giác: Giống như đếm số viên bi trong túi: bạn chỉ có thể có 0, 1, 2, 3 viên chứ không bao giờ có 2,5 viên — đó chính là tính rời rạc.
giữa thế kỷ 19 (định nghĩa chặt chẽ: 1933)Pafnuty ChebyshevAndrey KolmogorovJacob BernoulliIsaac Newton
Bảng xác suất tích lũy không phải bảng phân bố xác suất.
Cột trong phân bố xác suất tích lũy (cumulative probability distribution) cộng dồn mọi giá trị từ nhỏ nhất lên tới , nên nó luôn tăng dần và luôn kết thúc ở . Muốn có xác suất riêng của từng giá trị, phải lấy hiệu hai ô liên tiếp: . Với bảng , phép trừ này cho ra năm xác suất bằng nhau, mỗi giá trị — tức phân bố đều chứ không phải một phân bố dồn về phía nào cả.
Đừng đọc hình dạng phân bố từ cột tích lũy.
Cột tích lũy tăng đều từ lên ở mọi phân bố, nên nhìn vào đó rồi kết luận lệch trái (skewed to the left) là kết luận từ một thứ không mang thông tin về hình dạng. Hình dạng chỉ hiện ra khi ta vẽ các xác suất riêng theo từng giá trị. Trong bài phỏng vấn, năm cột đó cao bằng nhau, nên phân bố đối xứng và lời khẳng định của Khaleed sai ngay từ chỗ này.
Kỳ vọng không phải trung bình cộng của các giá trị có thể nhận.
Kỳ vọng (expected value) là trung bình có trọng số, tính bằng , trong đó mỗi giá trị được nhân với xác suất của chính nó rồi cộng lại. Học sinh thường cộng rồi chia và tình cờ ra đúng , nhưng đó là may mắn: cách làm ấy chỉ trùng kết quả khi các xác suất bằng nhau. Chỉ cần một giá trị nặng hơn các giá trị khác, trung bình cộng trần trụi sẽ lệch khỏi ngay. Ngoài ra, không bắt buộc phải là một giá trị mà biến nhận được — số con trung bình là hoàn toàn hợp lệ.
Độ lệch chuẩn của biến ngẫu nhiên không tính bằng công thức của dữ liệu mẫu.
Ở đây không có quan sát để chia, mà mỗi độ lệch được cân bằng chính xác suất của nó: và . Vì vậy, khi bấm máy với danh sách giá trị và danh sách xác suất, con số cần lấy là chứ không phải . Lấy nhầm là mất điểm ở những câu hỏi độ lệch chuẩn (standard deviation) của phân bố, dù mọi bước trước đó đều đúng.
Quiz câu thật từ ngân hàng đề
Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Trong thời kỳ đầu của lý thuyết xác suất, người ta chỉ làm việc với những đại lượng có thể liệt kê từng kết quả — số mặt ngửa khi tung đồng xu, số lần thắng trong một loạt ván bài — dù lúc ấy chưa ai gọi chúng là biến ngẫu nhiên. Chính vì các kết quả đếm được nên toàn bộ bài toán quy về việc cộng xác suất của từng trường hợp. Giữa thế kỷ 19, Chebyshev mô tả biến ngẫu nhiên là một biến thực có thể nhận nhiều giá trị khác nhau với những xác suất khác nhau. Cách nói ấy trực quan nhưng chưa chặt, và phải đến khi Kolmogorov tiên đề hóa xác suất năm 1933 thì ngôn ngữ lẫn ký hiệu mới đủ để chứng minh định lý một cách nghiêm ngặt.
Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi gồm ba mảnh, và mảnh nào cũng có lý do lịch sử riêng. Chữ "biến" nghe có vẻ vô lý với người học hiện đại, bởi theo định nghĩa ngày nay đây là một hàm số chứ không phải một biến số; nhưng nó giữ lại đúng cách nói của Chebyshev, người xem đối tượng này như một biến thực nhận nhiều giá trị khác nhau, mỗi giá trị kèm một xác suất. Chữ "ngẫu nhiên" cũng đến từ đó: điều phân biệt nó với biến thông thường không phải là giá trị, mà là việc mỗi giá trị chỉ xuất hiện với một khả năng nào đó. Riêng chữ "rời rạc" ra đời muộn hơn, khi người ta cần tách hai trường hợp: tập giá trị hữu hạn hoặc đếm được (countable) thì gọi là rời rạc, còn tập giá trị lấp kín cả một khoảng số thực thì gọi là liên tục. Isaac Newton là một trong những người đầu tiên nhận ra rằng "số trường hợp đồng khả năng" không nhất thiết phải hữu hạn, và chính nhận xét đó mở đường cho việc phân đôi rời rạc — liên tục. Nhờ tập giá trị đếm được, phân phối của biến rời rạc mô tả được bằng một hàm khối xác suất (probability mass function) gán xác suất cho từng giá trị; các họ quen thuộc trong chương trình như phân phối nhị thức (binomial distribution) mang tên nhà toán học Thụy Sĩ Jacob Bernoulli chính là những ví dụ tiêu biểu của loại này.
Kéo cột xác suất — nhìn tổng luôn giữ đúng 1 và trung bình trượt theo
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Trước khi làm gì khác, kiểm tra bảng đang cho xác suất riêng hay xác suất tích lũy.
Dấu hiệu nhận ra rất nhanh: nếu cột xác suất tăng đơn điệu và ô cuối bằng đúng , gần như chắc chắn đó là bảng tích lũy; còn bảng thường thì các số lên xuống tùy ý và chỉ có tổng bằng . Nhận sai loại bảng ở dòng đầu thì mọi tính toán phía sau đều sai theo, dù trình bày đẹp đến đâu. Mất mười giây kiểm tra ở đây đáng giá hơn ba phút chữa cháy.
Với câu dạng "Is the claim correct?", phải viết rõ ba phần: kết luận, bằng chứng số, lý do.
Người chấm cần thấy bạn ghi ra bảng xác suất riêng vừa dựng lại (mỗi giá trị ), nêu rằng phân bố đối xứng nên không lệch trái, rồi mới chốt là đúng nhưng nhận định về hình dạng là sai. Trả lời cụt lủn "No, it is uniform" thường chỉ được điểm một phần vì thiếu chỗ chứng minh. Khi lời khẳng định gồm hai vế, hãy phán xét riêng từng vế thay vì gộp chung một chữ "sai".
Nhập giá trị vào L1, xác suất vào L2 rồi chạy 1-Var Stats L1, L2 lấy và .
Máy sẽ trả chính là và chính là ; bỏ qua vì đại lượng đó dành cho dữ liệu mẫu. Nếu bảng đề cho là dạng tích lũy, nhớ trừ hai ô liên tiếp để có L2 trước khi bấm. Trong bài tự luận vẫn nên viết ra công thức tổng bên cạnh kết quả máy, vì điểm trình bày thường nằm ở dòng công thức đó.
Phân bố của số vòng phỏng vấn nhận các giá trị với xác suất lần lượt , , , , . Phân bố này lệch phải chứ không lệch trái, và trung bình của nó là vòng chứ không phải vòng. Vì vậy khẳng định của Minh sai ở cả hai điểm: về trung bình, sai lầm nằm ở chỗ tính trung bình cộng thay vì trung bình có trọng số theo xác suất; về hình dạng, sai lầm nằm ở chỗ đọc bảng tích lũy tăng dần như thể đó là bảng xác suất.
Về lâu dài, mỗi lượt khách mượn trung bình cuốn sách, với độ lệch chuẩn khoảng cuốn. Tương ứng, thư viện tốn trung bình nghìn đồng cho một lượt khách, và chi phí này dao động quanh mức trung bình đó khoảng nghìn đồng.