中文名称:正态分布

英文名称:normal distribution

定义1:概率论中最重要的一种分布,也是自然界最常见的一种分布。该分布由两个参数——平均值和方差决定。概率密度函数曲线以均值为对称中线,方差越小,分布越集中在均值附近。

正态分布(normal distribution)又名高斯分布(Gaussian distribution),是一个在数学、物理及工程等领域都非常重要的概率分布,在统计学的许多方面有着重大的影响力。若随机变量X服从一个数学期望为μ、标准方差为σ2的高斯分布,记为:则其概率密度函数为正态分布的期望值μ决定了其位置,其标准差σ决定了分布的幅度。因其曲线呈钟形,因此人们又经常称之为钟形曲线。我们通常所说的标准正态分布是μ = 0,σ = 1的正态分布。

服从正态分布的随机变量的概率规律为取与μ邻近的值的概率大,而取离μ越远的值的概率越小;σ越小,分布越集中在μ附近,σ越大,分布越分散。

数据转化为正态分布(常见的数据分布)(1)

数据转化为正态分布(常见的数据分布)(2)

Zipf分布

有一个基本定律,就是大家常说对于内容的访问遵循80/20原则,也就是20%的内容,会占有80%的访问量。

Zipf分布与其类似。

这是一个定性的原则,定量来说,内容访问近似符合Zipf定律(Zipf's law), 这个定律是美国语言学家Zipf发现的,他在1932年研究英文单词的出现频率时,发现如果把单词频率从高到低的次序排列,每个单词出现频率和它的符号访问排名存在简单反比关系:

数据转化为正态分布(常见的数据分布)(3)

这里 r 表示一个单词的出现频率的排名,P(r)表示排名为r的单词的出现频率.

(单词频率分布中 C约等于0.1, a约等于1)

后人将这个分布称为齐夫分布,这个分布是一个统计型的经验规律,描述了这样一个定理:只有少数英文单词经常被使用,大部分的单词很少被使用。这个定理也在很多分布里面得到了验证,比如人们的收入,互联网的网站数量和访问比例,互联网内容和访问比例(其他分>布两个常数有所不同,a越大,分布越密集,对于VOD来说某些时候符合双zipf分布)。

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(来自维基百科)

齐夫定律可以表述为:在自然语言的语料库里,一个单词出现的频率与它在频率表里的排名成反比。所以,频率最高的单词出现的频率大约是出现频率第二位的单词的2倍,而出现频率第二位的单词则是出现频率第四位的单词的2倍。这个定律被作为任何与power law probability distributions有关的事物的参考。

理论

这个“定律”是哈佛大学的语言学家George Kingsley Zipf(IPA[zɪf])1949年发表的。

比如,在 Brown 语料库中,“the”是最常见的单词,它在这个语料库中出现了大约7%(100万单词中出现69971次)。正如齐夫定律中所描述的一样,出现次数为第二位的单词“of”占了整个语料库中的3.5%(36411次),之后的是“and”(28852次)。仅仅135个字汇就占了Brown 语料库的一半。

齐夫定律是一个实验定律,而非理论定律。齐夫分布可以在很多现象中被观察到。齐夫分布的在现实中的起因是一个争论的焦点。 齐夫定律很容易用点阵图观察,坐标为log(排名)和log(频率)。比如,“the”用上述表述可以描述为x = log(1), y = log(69971)的点。如果所有的点接近一条直线,那么它就遵循齐夫定律。

最简单的齐夫定律的例子是“1/f function”。给出一组齐夫分布的频率,按照从最常见到非常见排列,第二常见的频率是最常见频率的出现次数的½,第三常见的频率是最常见的频率的1/3,第n常见的频率是最常见频率出现次数的1/n。然而,这并不精确,因为所有的项必须出现一个整数次数,一个单词不可能出现2.5次。然而,在一个广域范围内并且做出适当的近似,许多自然现象都符合齐夫定律。

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zipf law :在给定的语料中,对于任意一个term,其频度(freq)的排名(rank)和freq的乘积大致是一个常数。

It is known that the number of incoming links to pages on the Web follows a Zipfian distribution. That is, a small number of Web pages have an extremely large number of links pointing to them, while a majority of pages have only a small number of incoming links.

Zipf定律是文献计量学的重要定律之一,它和罗特卡定律、布拉德福定律一起被并称为文献计量学的三大定律。

对于CDN的内容管理,也近似符合Zipf 定律,就是大家常说对于内容的访问遵循80/20原则,也就是20%的内容,会占有80%的访问量。

zipf law

这里 r 表示一个单词的出现频率的排名,P(r)表示排名为r的单词的出现频率.

(单词频率分布中 C约等于0.1, a约等于1)

后人将这个分布称为zipf distribution,中文名称为齐普夫分布或Zeta 分布。这是一个离散事件分布,广泛应用于语言学,保险学,网络模拟,以及对稀疏事件的建模中。

它表明在英语单词中,只有极少数的词被经常使用,而绝大多数词很少被使用。实际上,包括汉语在内的许多国家的语言都有这种特点。这个定律后来在很多领域得到了同样的验证,包括网站的访问者数量、城镇的大小和每个国家公司的数量。。这个定理也在很多分布里面得到了验证,比如人们的收入,互联网的网站数量和访问比例,互联网内容和访问比例(其他分布两个常数有所不同,a越大,分布越密集,对于VOD来说某些时候符合双zipf分布)。

比起枯燥的公式,图表更具有说服力,下面是用三百个严格符合zipf 分布的数据点描绘成的图,其中横轴表示排名,纵轴表示访问的频率,分别使用线性坐标和对数坐标表示:

zipf distribution

可以看到对数坐标下是一条完美的直线。

偏态分布(Skewed distribution)

频数分布有正态分布和偏态分布之分。正态分布是指多数频数集中在中央位置,两端的频数分布大致对称。

偏态分布是指频数分布不对称,集中位置偏向一侧。若集中位置偏向数值小的一侧,称为正偏态分布;集中位置偏向数值大的一侧,称为负偏态分布

如果频数分布的高峰向左偏移,长尾向右侧延伸称为正偏态分布,也称右偏态分布;同样的,如果频数分布的高峰向右偏移,长尾向左延伸则成为负偏态分布,也称左偏态分布

峰左移,右偏,正偏

峰右移,左偏,负偏

数据转化为正态分布(常见的数据分布)(4)

偏态分布只有满足一定的条件(如样本例数够大等)才可以看做近似正态分布。

与正态分布相对而言,偏态分布有两个特点

一是左右不对称(即所谓偏态);

二是当样本增大时,其均数趋向正态分布。

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