Poisson dağılımı, (okunuşu: puason dağılımı) olasılık kuramı ve istatistik bilim kollarında bir ayrık olasılık dağılımı olup belli bir sabit zaman birim aralığında meydana gelme sayısının olasılığını ifade eder. Bu zaman aralığında ortalama olay meydana gelme sayısının bilindiği ve herhangi bir olayla onu hemen takip eden olay arasındaki zaman farkının, önceki zaman farklarından bağımsız oluştuğu kabul edilir.
Olasılık kütle fonksiyonu Yatay eksen indeks k . Fonksiyon yalnızca k'nın tam sayı değerleri için geçerlidir. Noktaları bağlayan çizgiler süreklilik göstermez; kullanıcıya yardımcı olmak üzere çizilmişlerdir. | |
Yığmalı dağılım fonksiyonu Yatay eksen indeks k . | |
Parametreler | |
---|---|
Olasılık kütle fonksiyonu (OYF) | |
Birikimli dağılım fonksiyonu (YDF) | (burada Tamamlanmamış gama fonksiyonudur) |
Ortalama | |
Medyan | yaklaşık olarak |
Mod | ve eğer bir tam sayı ise |
Varyans | |
Çarpıklık | |
Fazladan basıklık | |
Entropi | (büyük değeri için) |
Moment üreten fonksiyon (mf) | |
Karakteristik fonksiyon |
Poisson dağılımı çok kere belirli sabit zaman aralığı birimleri bulunan problemlere uygulanmakla beraber, diğer birimsel aralıklı problemlere de (yani birim uzaklık, alan veya hacim içeren problemlere de) başarı ile uygulanabilir.
Örnekler
Poisson dağılımı ile birlikte ortaya çıkar. aralıklı karakterde olan (yani 0, 1, 2, 3 .. kere meydana çıkan) bazı olgularin bir birim zaman, alan, mekân veya hacimde sabit bir olasılıkla oluşması şeklini alır. Bu çeşit olaylara ve Poisson dağılımının uygulanmasına örnekler şunlardır:
- Prusya süvari birliklerinde her bir yıl at ve katır tepmeleri ile ölen asker sayısı: Bu klasik örnek 1868'de tarafından bir kitapta yayınlanmış ve çok tanınmış bir örnek olarak yıllarca askeri ve sivil yüksek okul öğrencilerine verilmiştir.
- Bir saat aralığında belli bir Internet sitesine gelen bağlantılar sayısı;
- Yarım saat içinde bir nakliyat deposuna yükleme-boşatılma için gelen kamyon sayısı;
- Her bir beş dakika içinde bir telefon cevap merkezine gelen telefonlar sayısı;
- Belli bir trafik kavşağından 1 dakika içinde geçen otomobil sayısı;
- Belli bir zaman aralığında bir büyük binada yanıp çalışması duran floresan lambalarının sayısı;
- Bir mucit kişinin çalışma hayatı boyunca patentini aldığı keşifler sayısı;
[Not: Birbirini takip eden Poisson tipi olaylar arasındaki aralık karşılıklı ilişkili olarak bir üstel dağılım olur. Örneğin, bir floresan ampülünun çalışma süresi veya otobüslerin gelmesi arasındaki bekleme zamanı.]
Tarihçe
Bu dağılım ilk defa (1781–1840) tarafından diğer olasılık hakkındaki yazıları ile birlikte 1838'de yayınlanan Recherches sur la probabilité des jugements en matières criminelles et matière civile ("Ceza hukuku ve medeni hukuk alanlarındaki hükümlerin olasılığı üzerinde araştırmalar") adındaki eserinde ortaya atılmıştır.
Nadir olaylar için Poisson dağılımı
Poisson dağılımının genel odaklandığı rassal değişken bir sayılabilen olaydır; bu olay belli bir sabit uzunlukta olan (genellikle zaman) aralıkta ayrık olarak ortaya çıkar ve bu aralıkta gözlenen olayların sayısı Poisson dağılım için rassal değişkendir. Bu sabit aralıkta ortaya çıkan olaylar sayısının beklenen değeri (ortaya çıkmanın ortalama sayısı) λ olarak sabittir ve bu ortalama değer aralık uzunluğuna orantılıdır. Eğer her 4 dakikalık zaman aralığı içinde ortalama 5 olay meydana geliyorsa, sabit 8 dakikalık aralıkta ortalama 10 (=8x5/4) olay ortaya çıkar. Herhangi bir negatif olmayan bir tam sayı olan k sayıda (k = 0, 1, 2, 3...) olay ortaya çıkma olasılığı şöyle ifade edilir:
burada
- e, doğal logaritmanın tabanı (e = 2.71828...);
- k, olasılığı fonksiyon ile verilmekte olan olayın ortaya çıkma sayısı;
- k!, k için faktöriyel
- λ verilen sabit aralıkta ortaya çıkma sayısının beklenen değeri; bir pozitif gerçel sayı.
Bu k'nin fonksiyonu Poisson dağılım için olasılık kütle fonksiyonu olur.
Poisson dağılımı için λ parametresi yalnızca beklenen değer, yani ortaya çıkan sayıda olay için bir ortalama, değildir. Aynı zamanda
yani varyans da olur. Böylece gözlenen olay meydan çıkış sayısı bir ortalama değer λ ile bir standart sapması olması niteliklerini taşıyan bir olasılık dağılımı, Poisson dağılımı, göstermektedir.
Genellikle bir Poisson dağılımı büyük sayıda olay ortaya çıkabilmesi mümkün olduğu, ama bu ortaya çıkması mümkün olayların nadir olduğu kabul edilen, sistemlerde uygulanabilir. Bilimsel alanlarda klasik örnekler atomların nükleer parçalanması; verilen bir DNA zincirinde ortaya çıkan mutasyon sayısı vb. Bu örneklerle ve diğer birçok örneğin için, ortaya çıkan nadir olay sayısı ayrık denemelerin sonucudur ve daha kesinlikle bir binom dağılım kullanılarak model haline getirilebilirler. Fakat n ve λ/n parametreli bir binom dağılımı (yani her deneme için λ/n başarı olasılığı olan n sayıda deneme için belirli bir başarı sayısı için olasılık dağılımı), deneme sayısı n büyüyüp limitte sonsuzluğa yaklaştıkça, beklenen değeri λ olan bir Poisson dağılıma yakınsallaşır. Bu limit bazen nadir olaylar kuralı olarak anılmaktadır. Bu ifade bir bakıma yanıltıcıdır; çünkü birçok Poisson dağılımı ile modellenebilen olaylar arasında birçoğu (örneğin bir otobüs durağına yarım saat aralığında gelen otobüs sayısı; bir mobil telefona bir saat aralığında gelen çağrı sayısı gibi) hiç de nadir olmayan olaylar bulunur. Ancak binom dağılımının büyük sayılar için hesaplanması faktöriyel sayılar kullanılması gerektirdiği için, bu uzun hesaplama biraz sıkıcı görülebilmekte ve bu nedenle Poisson dağılımı yaklaşık olarak binom dağılım yerine kullanılmaktadır.
Binom dağılımından limitte Poisson dağılım olasılık kütle fonksiyonunun çıkartılmasının matematiksel kanıtı şöyle yapılır:
Önce, (calculus) içinde kullanılan limitin şöyle ifade edildiği hatırlanır:
p = λ/n eşitliği bu ifade içine konulursa, şu genel denkleme varılır:
Şimdi bu son ifade biraz daha açılır ve şu elde edilir:
Limitte, ilk parantez içindeki ifade 1 e yakınsama gösterir (yani n ∞'a yaklaştıkça, ilk parantezdeki ifade 1'e yakınsar) ve ikinci parantez içindeki ifade, ifade içinde n olmaması nedeniyle, sabit kalır; üçüncü parantez içindeki ifade e−λ değerine yakınsar ve son olarak da dördüncü parantezdeki ifade, 1 e yakınsar. Sonuçta, limitte şu ortaya çıkar:
Daha genel olarak, n ve pn parametreleri olan binom rassal değişkenler için bir sıra Binom ifadesi
olursa, bu seri dağılımda ortalaması λ olan bir Poisson rassal değişkeni için serilere yakınlaşır.
Örnek:
0 | 0.368 |
1 | 0.368 |
2 | 0.184 |
3 | 0.061 |
4 | 0.015 |
5 | 0.003 |
6 | 0.0005 |
Bir nehirde ortalama olarak her 100 yılda bir taşkın seli meydana gelir. Poisson modelinin uygun olduğunu varsayarak, 100 yıllık bir aralıkta k = 0, 1, 2, 3, 4, 5 veya 6 taşkın seli olma olasılığını hesaplayın.
Ortalama olay oranı 100 yılda bir taşma olduğundan, λ = 1
Özellikler
- Poisson dağılımı gösteren rassal bir değişken için beklenen değer ve varyans değeri de λdır. Poisson dağılımının yüksek momentleri λ terimleri ile oluşan (matematiksel kombinatorik kuramında anlamlı olan katsayıları bulunan) . Eğer Poisson dağılımı için beklenen değer 1 ise, o zaman göre ninci moment n büyüklüğünde olan sayısına eşittir.
- Tam sayılı olmayan bir λ lambda parametreli Poisson dağılımı gösteren bir rassal değişkenin mod değeri, λ 'dan küçük olan en büyük pozitif tam sayıya, yani 'ya, eşittir.
- Poisson dağılımı gösteren rassal değişkenlerin toplamı:
- Eğer ifadesi parametresi ile Poisson dağılımı gösteriyor ve terimleri bağımsız iseler, o halde
ifadesi de parametresi toplama katılan parametre toplamlarından olan bir Poisson dağılımı gösterir.
- Beklenen değeri λ olan Poisson dağılımınin moment üreten fonksiyonu şu ifade ile verilir:
- Poisson dağılımı için tüm kümülantlar beklenen değer olan λya eşittirler. Poisson dağılımı için ninci faktöriyel moment λn olur
- Poisson dağılımları olasılık dağılımlarıdır.
- Poi(λ0) ile Poi(λ) arasındaki yönlendirilmiş şöyle ifade edilir;
Poisson dağılımı ile üretilen rassal değişkenlerin simülasyonu
Poisson dağılımlı rassal sayıları üretmek için en basit yollardan birisi Knuth tarafından aşağıdaki gibi bir bilgisayar algoritmasıyla verilmiştir:
algoritma poisson rassal sayı üretimi (Knuth): init: Let L ← e−λ, k ← 0 and p ← 1. do: k ← k + 1. [0,1] aralığı içinde birörnek dağılımlı rassal sayı u üret ve let p ← p × u. while p ≥ L. return k − 1.
Basit olmakla beraber, karmaşıklık λ ile doğrusal olarak oranlıdır. Bu sorun etkisini azaltmak için çeşitli diğer algoritmalar geliştirilmiştir.
İlişkili dağılımlar
- Eğer ve ise, o halde farkı bir Skellam dağılımı gösterir.
- Eğer ve bağımsızlarsa ve ise, o zaman ya koşullu dağılımı, bir binom dağılımı olur. Özellikle, olur. Daha genel olarak, eğer X1, X2,...,Xn rassal değişkenleri, parametreleri
λ1, λ2,..., λn olan Poisson dağılımı gösteriyorlarsa, o zaman . - Eğer denemeler sayısı limitte sonsuza doğru yaklaşır ve başarı sayısının beklenen değeri sabit kalırsa, bu binom dağılım limitte Poisson dağılıma yaklaşacağı ispat edilmiştir. Bu nedenle Poisson dağılım, eğer n yeterce büyük ve p yeterce küçük ise, bir binom dağılım yerine yaklaşım olarak kullanılabilir. Alışılagelen bir kurala göre, eğer n en aşağı 20 ise ve p 0,05'e eşit veya daha küçük ise, Poisson dağılımı binom dağılımının iyi bir yaklaşımı olacaktır. Bu kurala göre eğer n ≥ 100 ve np ≤ 10 ise, bu yaklaşım mükemmel olur.
- Yeter derecede yüksek λ değeri (diyelim λ>1000) için, ortalaması λ ve varyansı λ olan bir normal dağılım, Poisson dağılım için çok iyi bir yaklaşım olur. Eğer λ 10'dan biraz büyük ise, bu halde normal dağılım ancak uygun bir kullanılırsa uygun bir yaklaşım olabilir. Başka bir deyim ile, eğer P(X ≤ x) ifadeleri P(X ≤ x + 0.5) ile değiştirilirse
- olur.
- Eğer bir sabit zaman aralığı içinde bir hizmet alanına gelenler sayısı, ortalaması olan bir Poisson dağılımına uygun ise, o halde gelişler-arası zaman aralıkları, oran parametresi olan, bir üstel dağılım gösterir.
Parametre tahmini
Maksimum olabilirlik
ki için n tane ölçülmüş değer kapsayan bir örneklem alınsın. Bu örneklemin kökenindeki Poisson dağılım gösteren anakütle için Poisson parametresi olan λ için bir uygun bir kestirim değeri bulunması hesaplama hedefidir.
Bu kestirimi yöntemi ile bulmak için önce bir log-değişebilirlilik fonksiyonu şöyle biçimlendirilir:
λ ile L fonksiyonunun türevi alınıp bu türev sıfıra eşitlenirse
ifadesi ortaya çıkar. λ için çözüm yapılırsa λ için maksimum olabilirlilik kestirimini(MOK) şöyle buluruz:
Her gözlem için ortalama λ olduğu için bu ifadenin beklenen değeri de λ olur. Bu nedenle bu kestirim λ için bir olur. Bunun kestirim varyans değeri ulaşıp geçtigi için, bu kestirim bir de olur.
Bayes tipi çıkarımsal analiz
için Poisson dağılımının oran parametresi olan λ için bir gamma dağılımı gösterir. Şu ifadeye göre
λnin bir Gamma olasılık yoğunluk fonksiyonuna göre dağılım gösterdiğini; gnin bir olan α ile bir ters olan β ile parametrelenmiş olduğunu, şöyle gösterilsin:
O zaman, daha önce olduğu gibi n sayıda ölçülmüş değerden oluşan örneklem ki ve bir Gamma(α, β) dağılımlı önsel verilmiş ise, sonsal dağılım şu olur:
Sonsal ortalama olan E[λ] limitte doğru gittikçe maksimum olabilirlik kestirimi olan ifadesine yaklaşır.
Eklecek verilerin sonsal kestirimci dağılımı bir yani bir negatif binom dağılımı olur.
Küçük sayılar kuralı
Kural sözcüğü istatistik bilimi içinde olasılık dağılımı kavramı ile eş anlamlı olarak kullanılmaktadır. Kurala göre yakınsama kavramı dağılımda yakınsama ile aynı anlamda kullanılmaktadır. Buna dayanarak Poisson dağılımı bazen küçük sayılar kuralı olarak anılmaktadır. Buna neden bu dağılımın, nadir olacağı kabul edilmekle beraber, birçok fırsatta ortaya çıkabilen bir olayın ortaya çıkma sayısını açıklayan olasılık dağılımı olmasıdır. 1898'de Ladislaus Bortkiewicz'in Poisson dağılımı hakkında yayınladığı kitabın adı Küçük Sayılar Kuralıdır. Bazı matematik tarihçileri buna ithafen Poisson dağılımının adının da Bortkiewicz dağılımı olmasını istemişlerdir.[2]
Ayrıca bakınız
- Poisson dağılımı tablosu
- n sayıda olayın tümüyle ortaya çıkmasına kadar bekleme zamanlarını tanımlar. Zaman içinde dağılım gösteren olaylar için Poisson dağılımı, daha önceden aralığı sabit olarak tayin edilmiş zaman birimi içinde ortaya çıkan olay sayısını verir; Erlang dağılımı ise ninci olayın olup bitmesine kadar geçen zamanının olasılık dağılımını inceler.
- Skellam dağılımı: Mutlaka aynı asıl dağılımdan ortaya çıkmayan iki Poisson değişirin farkının dağılımını verir.
- : Yığmalı olasılık fonksiyonunun hesaplanması için kullanılır.
- : Poisson dağılımı için momentlerin kombinatrik hesapla yorumlanması.
- : Poisson dağılıma bağlı olduğunu gösteren bir ön kuram.
Kaynakça
- ^ Daha fazla ayrıntı için nadir olaylar kuralı 20 Şubat 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde . maddesine bakınız.
- ^ Donald E. Knuth (1969) Seminumerical Algorithms: The Art of Computer Programming, Volume 2, Addison Wesley.
- ^ Joachim H. Ahrens ve Ulrich Dieter (1974) "Computer Methods for Sampling from Gamma, Beta, Poisson and Binomial Distributions" Computing C.12 No.3 say.223-246 doi=10.1007/BF02293108.
- ^ Joachim H. Ahrens ve Ulrich Dieter (1982) "Computer Generation of Poisson Deviates" ACM Transactions on Mathematical Software C.8 No.2 say.163-179 doi=10.1145/355993.355997.
- ^ NIST/SEMATECH, '6.3.3.1. Sayımlar için kalite kontrol grafikleri' 11 Mart 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde ., e-Handbook of Statistical Methods, 25 Ekim 2006'da bakıldı.
Dış bağlantılar
Online görselleştirme aletleri
- distribution GUI22 Şubat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- TAMU's Interactive Poisson Distribution3 Şubat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
İnternet siteleri
- M/M/1 tipi kuyruk sistemi7 Şubat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Mühendislik İstatistiği Elkitabı: Poisson dağılımı15 Şubat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- PoissoNed! Spor için olasılık hesaplayıcısı14 Şubat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- xkcd21 Şubat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde . Poisson dağılımı kapsayan bir web-komik.
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Poisson dagilimi okunusu puason dagilimi olasilik kurami ve istatistik bilim kollarinda bir ayrik olasilik dagilimi olup belli bir sabit zaman birim araliginda meydana gelme sayisinin olasiligini ifade eder Bu zaman araliginda ortalama olay meydana gelme sayisinin bilindigi ve herhangi bir olayla onu hemen takip eden olay arasindaki zaman farkinin onceki zaman farklarindan bagimsiz olustugu kabul edilir Poisson Olasilik kutle fonksiyonu Yatay eksen indeks k Fonksiyon yalnizca k nin tam sayi degerleri icin gecerlidir Noktalari baglayan cizgiler sureklilik gostermez kullaniciya yardimci olmak uzere cizilmislerdir Yigmali dagilim fonksiyonu Yatay eksen indeks k Parametreler l 0 displaystyle lambda in 0 infty k 0 1 2 displaystyle k in 0 1 2 ldots Olasilik kutle fonksiyonu OYF e llkk displaystyle frac e lambda lambda k k Birikimli dagilim fonksiyonu YDF G k 1 l k eger k 0 displaystyle frac Gamma lfloor k 1 rfloor lambda lfloor k rfloor text eger k geq 0 burada G x y displaystyle Gamma x y Tamamlanmamis gama fonksiyonudur Ortalama l displaystyle lambda Medyan yaklasik olarak l 1 3 0 02 l displaystyle scriptstyle lfloor lambda 1 3 0 02 lambda rfloor Mod l displaystyle scriptstyle lfloor lambda rfloor ve l 1 displaystyle lambda 1 eger l displaystyle lambda bir tam sayi iseVaryans l displaystyle lambda Carpiklik l 1 2 displaystyle lambda 1 2 Fazladan basiklik l 1 displaystyle lambda 1 Entropi l 1 ln l e l k 0 lkln k k displaystyle lambda 1 ln lambda e lambda sum k 0 infty frac lambda k ln k k buyuk l displaystyle lambda degeri icin 12log 2pel 112l 124l2 displaystyle frac 1 2 log 2 pi e lambda frac 1 12 lambda frac 1 24 lambda 2 19360l3 O 1l4 displaystyle frac 19 360 lambda 3 O left frac 1 lambda 4 right Moment ureten fonksiyon mf exp l et 1 displaystyle exp lambda e t 1 Karakteristik fonksiyon exp l eit 1 displaystyle exp lambda e it 1 Poisson dagilimi cok kere belirli sabit zaman araligi birimleri bulunan problemlere uygulanmakla beraber diger birimsel aralikli problemlere de yani birim uzaklik alan veya hacim iceren problemlere de basari ile uygulanabilir OrneklerPoisson dagilimi ile birlikte ortaya cikar aralikli karakterde olan yani 0 1 2 3 kere meydana cikan bazi olgularin bir birim zaman alan mekan veya hacimde sabit bir olasilikla olusmasi seklini alir Bu cesit olaylara ve Poisson dagiliminin uygulanmasina ornekler sunlardir Prusya suvari birliklerinde her bir yil at ve katir tepmeleri ile olen asker sayisi Bu klasik ornek 1868 de tarafindan bir kitapta yayinlanmis ve cok taninmis bir ornek olarak yillarca askeri ve sivil yuksek okul ogrencilerine verilmistir Bir saat araliginda belli bir Internet sitesine gelen baglantilar sayisi Yarim saat icinde bir nakliyat deposuna yukleme bosatilma icin gelen kamyon sayisi Her bir bes dakika icinde bir telefon cevap merkezine gelen telefonlar sayisi Belli bir trafik kavsagindan 1 dakika icinde gecen otomobil sayisi Belli bir zaman araliginda bir buyuk binada yanip calismasi duran floresan lambalarinin sayisi Bir mucit kisinin calisma hayati boyunca patentini aldigi kesifler sayisi Not Birbirini takip eden Poisson tipi olaylar arasindaki aralik karsilikli iliskili olarak bir ustel dagilim olur Ornegin bir floresan ampulunun calisma suresi veya otobuslerin gelmesi arasindaki bekleme zamani TarihceBu dagilim ilk defa 1781 1840 tarafindan diger olasilik hakkindaki yazilari ile birlikte 1838 de yayinlanan Recherches sur la probabilite des jugements en matieres criminelles et matiere civile Ceza hukuku ve medeni hukuk alanlarindaki hukumlerin olasiligi uzerinde arastirmalar adindaki eserinde ortaya atilmistir Nadir olaylar icin Poisson dagilimiPoisson dagiliminin genel odaklandigi rassal degisken bir sayilabilen olaydir bu olay belli bir sabit uzunlukta olan genellikle zaman aralikta ayrik olarak ortaya cikar ve bu aralikta gozlenen olaylarin sayisi Poisson dagilim icin rassal degiskendir Bu sabit aralikta ortaya cikan olaylar sayisinin beklenen degeri ortaya cikmanin ortalama sayisi l olarak sabittir ve bu ortalama deger aralik uzunluguna orantilidir Eger her 4 dakikalik zaman araligi icinde ortalama 5 olay meydana geliyorsa sabit 8 dakikalik aralikta ortalama 10 8x5 4 olay ortaya cikar Herhangi bir negatif olmayan bir tam sayi olan k sayida k 0 1 2 3 olay ortaya cikma olasiligi soyle ifade edilir f k l lke lk displaystyle f k lambda frac lambda k e lambda k burada e dogal logaritmanin tabani e 2 71828 k olasiligi fonksiyon ile verilmekte olan olayin ortaya cikma sayisi k k icin faktoriyel l verilen sabit aralikta ortaya cikma sayisinin beklenen degeri bir pozitif gercel sayi Bu k nin fonksiyonu Poisson dagilim icin olasilik kutle fonksiyonu olur Poisson dagilimi icin l parametresi yalnizca beklenen deger yani ortaya cikan k displaystyle scriptstyle langle k rangle sayida olay icin bir ortalama degildir Ayni zamanda sk2 def k2 k 2 displaystyle scriptstyle sigma k 2 stackrel mathrm def langle k 2 rangle langle k rangle 2 yani varyans da olur Boylece gozlenen olay meydan cikis sayisi bir ortalama deger l ile bir standart sapmasi sk l displaystyle scriptstyle sigma k sqrt lambda olmasi niteliklerini tasiyan bir olasilik dagilimi Poisson dagilimi gostermektedir Genellikle bir Poisson dagilimi buyuk sayida olay ortaya cikabilmesi mumkun oldugu ama bu ortaya cikmasi mumkun olaylarin nadir oldugu kabul edilen sistemlerde uygulanabilir Bilimsel alanlarda klasik ornekler atomlarin nukleer parcalanmasi verilen bir DNA zincirinde ortaya cikan mutasyon sayisi vb Bu orneklerle ve diger bircok ornegin icin ortaya cikan nadir olay sayisi ayrik denemelerin sonucudur ve daha kesinlikle bir binom dagilim kullanilarak model haline getirilebilirler Fakat n ve l n parametreli bir binom dagilimi yani her deneme icin l n basari olasiligi olan n sayida deneme icin belirli bir basari sayisi icin olasilik dagilimi deneme sayisi n buyuyup limitte sonsuzluga yaklastikca beklenen degeri l olan bir Poisson dagilima yakinsallasir Bu limit bazen nadir olaylar kurali olarak anilmaktadir Bu ifade bir bakima yanilticidir cunku bircok Poisson dagilimi ile modellenebilen olaylar arasinda bircogu ornegin bir otobus duragina yarim saat araliginda gelen otobus sayisi bir mobil telefona bir saat araliginda gelen cagri sayisi gibi hic de nadir olmayan olaylar bulunur Ancak binom dagiliminin buyuk sayilar icin hesaplanmasi faktoriyel sayilar kullanilmasi gerektirdigi icin bu uzun hesaplama biraz sikici gorulebilmekte ve bu nedenle Poisson dagilimi yaklasik olarak binom dagilim yerine kullanilmaktadir Binom dagilimindan limitte Poisson dagilim olasilik kutle fonksiyonunun cikartilmasinin matematiksel kaniti soyle yapilir Once calculus icinde kullanilan limitin soyle ifade edildigi hatirlanir limn 1 ln n e l displaystyle lim n to infty left 1 lambda over n right n e lambda p l n esitligi bu ifade icine konulursa su genel denkleme varilir limn Pr X k limn nk pk 1 p n k limn n n k k ln k 1 ln n k displaystyle lim n to infty Pr X k lim n to infty n choose k p k 1 p n k lim n to infty n over n k k left lambda over n right k left 1 lambda over n right n k Simdi bu son ifade biraz daha acilir ve su elde edilir limn nn n 1n n 2n n k 1n lkk 1 ln n 1 ln k displaystyle lim n to infty underbrace left n over n right left n 1 over n right left n 2 over n right cdots left n k 1 over n right underbrace left lambda k over k right underbrace left 1 lambda over n right n underbrace left 1 lambda over n right k Limitte ilk parantez icindeki ifade 1 e yakinsama gosterir yani n a yaklastikca ilk parantezdeki ifade 1 e yakinsar ve ikinci parantez icindeki ifade ifade icinde n olmamasi nedeniyle sabit kalir ucuncu parantez icindeki ifade e l degerine yakinsar ve son olarak da dorduncu parantezdeki ifade 1 e yakinsar Sonucta limitte su ortaya cikar lke lk displaystyle lambda k e lambda over k Daha genel olarak n ve pn parametreleri olan binom rassal degiskenler icin bir sira Binom ifadesi limn npn l displaystyle lim n rightarrow infty np n lambda olursa bu seri dagilimda ortalamasi l olan bir Poisson rassal degiskeni icin serilere yakinlasir Ornek k displaystyle displaystyle k P k taskin seli 100 yilda displaystyle P k text taskin seli 100 yilda 0 0 3681 0 3682 0 1843 0 0614 0 0155 0 0036 0 0005 Bir nehirde ortalama olarak her 100 yilda bir taskin seli meydana gelir Poisson modelinin uygun oldugunu varsayarak 100 yillik bir aralikta k 0 1 2 3 4 5 veya 6 taskin seli olma olasiligini hesaplayin Ortalama olay orani 100 yilda bir tasma oldugundan l 1 P k taskin seli 100 yil icinde lkelk 1ke 1k displaystyle P k text taskin seli 100 yil icinde frac lambda k e lambda k frac 1 k e 1 k P k 0 taskin seli 100 yil icinde 10e 10 e 11 0 368 displaystyle P k text 0 taskin seli 100 yil icinde frac 1 0 e 1 0 frac e 1 1 approx 0 368 P k 1 taskin seli 100 yil icinde 11e 11 e 11 0 368 displaystyle P k text 1 taskin seli 100 yil icinde frac 1 1 e 1 1 frac e 1 1 approx 0 368 P k 2 taskin seli 100 yil icinde 12e 12 e 12 0 184 displaystyle P k text 2 taskin seli 100 yil icinde frac 1 2 e 1 2 frac e 1 2 approx 0 184 OzelliklerPoisson dagilimi gosteren rassal bir degisken icin beklenen deger ve varyans degeri de ldir Poisson dagiliminin yuksek momentleri l terimleri ile olusan matematiksel kombinatorik kuraminda anlamli olan katsayilari bulunan Eger Poisson dagilimi icin beklenen deger 1 ise o zaman gore ninci moment n buyuklugunde olan sayisina esittir Tam sayili olmayan bir l lambda parametreli Poisson dagilimi gosteren bir rassal degiskenin mod degeri l dan kucuk olan en buyuk pozitif tam sayiya yani l displaystyle scriptstyle lfloor lambda rfloor ya esittir Poisson dagilimi gosteren rassal degiskenlerin toplami Eger Xi Poi li displaystyle X i sim mathrm Poi lambda i ifadesi li displaystyle lambda i parametresi ile Poisson dagilimi gosteriyor ve Xi displaystyle X i terimleri bagimsiz iseler o halde dd Y i 1NXi Poi i 1Nli displaystyle Y sum i 1 N X i sim mathrm Poi left sum i 1 N lambda i right ifadesi de parametresi toplama katilan parametre toplamlarindan olan bir Poisson dagilimi gosterir Beklenen degeri l olan Poisson dagiliminin moment ureten fonksiyonu su ifade ile verilir E etX k 0 etkf k l k 0 etklke lk el et 1 displaystyle mathrm E left e tX right sum k 0 infty e tk f k lambda sum k 0 infty e tk lambda k e lambda over k e lambda e t 1 dd Poisson dagilimi icin tum kumulantlar beklenen deger olan lya esittirler Poisson dagilimi icin ninci faktoriyel moment ln olur Poisson dagilimlari olasilik dagilimlaridir Poi l0 ile Poi l arasindaki yonlendirilmis soyle ifade edilir D l l0 l 1 l0l l0llog l0l displaystyle Delta lambda lambda 0 lambda left 1 frac lambda 0 lambda frac lambda 0 lambda log frac lambda 0 lambda right dd Poisson dagilimi ile uretilen rassal degiskenlerin simulasyonuPoisson dagilimli rassal sayilari uretmek icin en basit yollardan birisi Knuth tarafindan asagidaki gibi bir bilgisayar algoritmasiyla verilmistir algoritma poisson rassal sayi uretimi Knuth init Let L e l k 0 and p 1 do k k 1 0 1 araligi icinde birornek dagilimli rassal sayi u uret ve let p p u while p L return k 1 Basit olmakla beraber karmasiklik l ile dogrusal olarak oranlidir Bu sorun etkisini azaltmak icin cesitli diger algoritmalar gelistirilmistir Iliskili dagilimlarEger X1 Pois l1 displaystyle X 1 sim mathrm Pois lambda 1 ve X2 Pois l2 displaystyle X 2 sim mathrm Pois lambda 2 ise o halde Y X1 X2 displaystyle Y X 1 X 2 farki bir Skellam dagilimi gosterir Eger X1 Pois l1 displaystyle X 1 sim mathrm Pois lambda 1 ve X2 Pois l2 displaystyle X 2 sim mathrm Pois lambda 2 bagimsizlarsa ve Y X1 X2 displaystyle Y X 1 X 2 ise o zaman Y y displaystyle Y y ya kosullu X1 displaystyle X 1 dagilimi bir binom dagilimi olur Ozellikle X1 Y y Binom y l1 l1 l2 displaystyle X 1 Y y sim mathrm Binom y lambda 1 lambda 1 lambda 2 olur Daha genel olarak eger X1 X2 Xn rassal degiskenleri parametreleri l1 l2 ln olan Poisson dagilimi gosteriyorlarsa o zaman Xi j 1nXj Binom j 1nXj li j 1nlj displaystyle X i left sum j 1 n X j right sim mathrm Binom left sum j 1 n X j frac lambda i sum j 1 n lambda j right Eger denemeler sayisi limitte sonsuza dogru yaklasir ve basari sayisinin beklenen degeri sabit kalirsa bu binom dagilim limitte Poisson dagilima yaklasacagi ispat edilmistir Bu nedenle Poisson dagilim eger n yeterce buyuk ve p yeterce kucuk ise bir binom dagilim yerine yaklasim olarak kullanilabilir Alisilagelen bir kurala gore eger n en asagi 20 ise ve p 0 05 e esit veya daha kucuk ise Poisson dagilimi binom dagiliminin iyi bir yaklasimi olacaktir Bu kurala gore eger n 100 ve np 10 ise bu yaklasim mukemmel olur Yeter derecede yuksek l degeri diyelim l gt 1000 icin ortalamasi l ve varyansi l olan bir normal dagilim Poisson dagilim icin cok iyi bir yaklasim olur Eger l 10 dan biraz buyuk ise bu halde normal dagilim ancak uygun bir kullanilirsa uygun bir yaklasim olabilir Baska bir deyim ile eger P X x ifadeleri P X x 0 5 ile degistirilirseFPoisson x l Fnormal x m l s2 l displaystyle F mathrm Poisson x lambda approx F mathrm normal x mu lambda sigma 2 lambda olur dd Eger bir sabit zaman araligi icinde bir hizmet alanina gelenler sayisi ortalamasi l displaystyle lambda olan bir Poisson dagilimina uygun ise o halde gelisler arasi zaman araliklari oran parametresi 1 l displaystyle 1 lambda olan bir ustel dagilim gosterir Parametre tahminiMaksimum olabilirlik ki icin n tane olculmus deger kapsayan bir orneklem alinsin Bu orneklemin kokenindeki Poisson dagilim gosteren anakutle icin Poisson parametresi olan l icin bir uygun bir kestirim degeri bulunmasi hesaplama hedefidir Bu kestirimi yontemi ile bulmak icin once bir log degisebilirlilik fonksiyonu soyle bicimlendirilir L l ln i 1nf ki l displaystyle L lambda ln prod i 1 n f k i mid lambda i 1nln e llkiki displaystyle sum i 1 n ln left frac e lambda lambda k i k i right nl i 1nki ln l i 1nln ki displaystyle n lambda left sum i 1 n k i right ln lambda sum i 1 n ln k i l ile L fonksiyonunun turevi alinip bu turev sifira esitlenirse ddlL l 0 n i 1nki 1l 0 displaystyle frac mathrm d mathrm d lambda L lambda 0 iff n left sum i 1 n k i right frac 1 lambda 0 ifadesi ortaya cikar l icin cozum yapilirsa l icin maksimum olabilirlilik kestirimini MOK soyle buluruz l MOK 1n i 1nki displaystyle widehat lambda mathrm MOK frac 1 n sum i 1 n k i Her gozlem icin ortalama l oldugu icin bu ifadenin beklenen degeri de l olur Bu nedenle bu kestirim l icin bir olur Bunun kestirim varyans degeri ulasip gectigi icin bu kestirim bir de olur Bayes tipi cikarimsal analiz icin Poisson dagiliminin oran parametresi olan l icin bir gamma dagilimi gosterir Su ifadeye gore l Gamma a b displaystyle lambda sim mathrm Gamma alpha beta lnin bir Gamma olasilik yogunluk fonksiyonuna gore dagilim gosterdigini gnin bir olan a ile bir ters olan b ile parametrelenmis oldugunu soyle gosterilsin g l a b baG a la 1e blfor l gt 0 displaystyle g lambda mid alpha beta frac beta alpha Gamma alpha lambda alpha 1 e beta lambda qquad mbox for lambda gt 0 O zaman daha once oldugu gibi n sayida olculmus degerden olusan orneklem ki ve bir Gamma a b dagilimli onsel verilmis ise sonsal dagilim su olur l Gamma a i 1nki 11b n displaystyle lambda sim mathrm Gamma left alpha sum i 1 n k i frac 1 frac 1 beta n right Sonsal ortalama olan E l limitte a 0 b 0 displaystyle alpha to 0 beta to 0 dogru gittikce maksimum olabilirlik kestirimi olan l MLE displaystyle widehat lambda mathrm MLE ifadesine yaklasir Eklecek verilerin sonsal kestirimci dagilimi bir yani bir negatif binom dagilimi olur Kucuk sayilar kurali Kural sozcugu istatistik bilimi icinde olasilik dagilimi kavrami ile es anlamli olarak kullanilmaktadir Kurala gore yakinsama kavrami dagilimda yakinsama ile ayni anlamda kullanilmaktadir Buna dayanarak Poisson dagilimi bazen kucuk sayilar kurali olarak anilmaktadir Buna neden bu dagilimin nadir olacagi kabul edilmekle beraber bircok firsatta ortaya cikabilen bir olayin ortaya cikma sayisini aciklayan olasilik dagilimi olmasidir 1898 de Ladislaus Bortkiewicz in Poisson dagilimi hakkinda yayinladigi kitabin adi Kucuk Sayilar Kuralidir Bazi matematik tarihcileri buna ithafen Poisson dagiliminin adinin da Bortkiewicz dagilimi olmasini istemislerdir 2 Ayrica bakinizPoisson dagilimi tablosu n sayida olayin tumuyle ortaya cikmasina kadar bekleme zamanlarini tanimlar Zaman icinde dagilim gosteren olaylar icin Poisson dagilimi daha onceden araligi sabit olarak tayin edilmis zaman birimi icinde ortaya cikan olay sayisini verir Erlang dagilimi ise ninci olayin olup bitmesine kadar gecen zamaninin olasilik dagilimini inceler Skellam dagilimi Mutlaka ayni asil dagilimdan ortaya cikmayan iki Poisson degisirin farkinin dagilimini verir Yigmali olasilik fonksiyonunun hesaplanmasi icin kullanilir Poisson dagilimi icin momentlerin kombinatrik hesapla yorumlanmasi Poisson dagilima bagli oldugunu gosteren bir on kuram Kaynakca Daha fazla ayrinti icin nadir olaylar kurali 20 Subat 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde maddesine bakiniz Donald E Knuth 1969 Seminumerical Algorithms The Art of Computer Programming Volume 2 Addison Wesley Joachim H Ahrens ve Ulrich Dieter 1974 Computer Methods for Sampling from Gamma Beta Poisson and Binomial Distributions Computing C 12 No 3 say 223 246 doi 10 1007 BF02293108 Joachim H Ahrens ve Ulrich Dieter 1982 Computer Generation of Poisson Deviates ACM Transactions on Mathematical Software C 8 No 2 say 163 179 doi 10 1145 355993 355997 NIST SEMATECH 6 3 3 1 Sayimlar icin kalite kontrol grafikleri 11 Mart 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde e Handbook of Statistical Methods 25 Ekim 2006 da bakildi Dis baglantilarOnline gorsellestirme aletleri distribution GUI22 Subat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde TAMU s Interactive Poisson Distribution3 Subat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde Internet siteleri M M 1 tipi kuyruk sistemi7 Subat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde Muhendislik Istatistigi Elkitabi Poisson dagilimi15 Subat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde PoissoNed Spor icin olasilik hesaplayicisi14 Subat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde xkcd21 Subat 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde Poisson dagilimi kapsayan bir web komik