Negativ binomialfordeling

En diskret sannsynlighetsfordeling som angir antall ikke-suksess i en sekvens av uavhengige Bernoulliforsøk før det skjer et bestemt angitt antall suksess (r). På samme måte som Poissonfordelingen er den negative binomiale fordelingen begrenset nederst til 0, men har teoretisk ingen øvre grense. 

Negativ binomial er beregnet for mer variasjon enn Poissonfordelingen , det vil si der hvor varians er større enn gjennomsnittetet,  et tilfelle med mye overdispersjon.  En negativ binomial fordeling har likhetstrekk med geometrisk fordeling og angir antall feil (ikke-suksess) for en stokastisk variabel X=k før r-te suksess. For X=k så vil (k+r)-te forsøk gi r-te suksess.For k+r-1 forsøk er det r-1 suksess og k feil (ikke-suksess). Sannsynligheten P for at variabel X=k, sannsynlighetstettheten for en negativ binomialfordeling

\(P(X=k) =\displaystyle \binom {k+r-1}{r-1}p^rq^k\)

hvor r er antall suksess, k er antall ikke-suksess, og p er sannsynligheten for suksess, q er sannsynligheten for ikke-suksess (feil).

Tilfellet hvor for sukksess r=1, e.g. første hjerter i kortstokken tilsvarer den geometriske fordelingen. Binomialkoeffisienter inngår på samme måte som for binomialfordelingen.

Den negative binomiale fordelingen kan for x=0,1,2,…, og  q=1-p, beskrives av sannsynlighetstetthetsfordelingen :

\(P(X=k)= \displaystyle\frac{\Gamma (k+r)}{\Gamma(r)\;\Gamma (r+1)}p^rq^k\)

hvor gamma (Γ) er gammafunksjonen.

Forventning E(X) og varians Var(X) for negativ binomialfordeling er lik:

\(E(X)= \displaystyle r\frac{1-p}{p}\;\;\;\;\;\;\, Var(X)= r\frac{1-p}{p^2}\)

I et Bernoulliforsøk (Bernoullieksperiment) er det to mulige utkomme: suksess eller ikke-suksess. Sannsynligheten for suksess er lik p, og sannsynligheten for ikke-suksess er q=1-p. Den negative binomiale fordelingen (NB) angir sannsynlighetstettheten for en forhåndsbestemt antall suksess (r) i en rekke gjenntatte og uavhengige Bernoullieksperimenter. For en stokastisk variabel X er den negative:

\(X \sim \text{NB}(r, p)\)

Den negative binomiale fordelingen uttrykkes litt forskjellig i statistikkpakkene, og forskjellig litteratur. Innen økologi kan man se den som:

\(X \sim \text{NB}(\mu, \theta)\)

hvor parameter mu (µ) er gjennomsnitt og theta (θ) er en dispersjonsparameter (skalaparmeter, størrelse (size)). Når θ øker så nærmer den negative binomiale fordelingen seg Poissonfordelingen

\(X \sim \text{NB}(\mu, \theta)\;\; \; \implies\;\; \lim\limits_{\theta \to \infty} X \sim \text{Pois}(\mu)\)

For Poissonfordelingen er variansen lik gjennomsnittet, men for den negative binomiale fordelingen er variansen en funksjon av kvadratet av gjennomsnittet:

\(Var(X)=\mu + \displaystyle\frac{\mu ^2}{\theta}\)

Negativ binomial fordeling

Negativ binomial fordeling

Negativ binomialfordeling

Den negative binomialfordelingen får et bredere sannsynlighetsområde sammenlignet med Poissonfordelingen. 

Litteratur

R Development Core Team (2011). R: A language and environment for   statistical computing. R Foundation for Statistical Computing,   Vienna, Austria. ISBN 3-900051-07-0, URL http://www.R-project.org/

 Tilbake til hovedside

Publisert 23. mars 2020 14:56 - Sist endret 25. mars 2020 10:57