NumPy 泊松分布模拟与 Seaborn 可视化技巧

泊松分布

简介

泊松分布是一种离散概率分布,用于描述在给定时间间隔内随机事件发生的次数。它常用于模拟诸如客户到达商店、电话呼叫接入中心等事件。

参数

泊松分布用一个参数来定义:

λ:事件发生的平均速率,表示在单位时间内事件发生的平均次数。

公式

泊松分布的概率质量函数 (PMF) 给出了在指定时间间隔内发生 k 次事件的概率,计算公式为:

python 复制代码
P(k) = e^(-λ) (λ^k) / k!

其中:

e^(-λ):表示没有事件发生的概率。
(λ^k):表示 k 次事件发生的概率。
k!:表示 k 个元素的阶乘,即 k × (k - 1) × (k - 2) × ... × 2 × 1。

生成泊松分布数据

NumPy 提供了 random.poisson() 函数来生成服从泊松分布的随机数。该函数接受以下参数:

lam:事件发生的平均速率。
size:输出数组的形状。

示例:生成一个平均速率为 5 的事件在 10 个时间间隔内发生的次数:

python 复制代码
import numpy as np

data = np.random.poisson(lam=5, size=10)
print(data)

可视化泊松分布

Seaborn 库提供了便捷的函数来可视化分布,包括泊松分布。

示例:绘制平均速率为 7 的事件在 1000 个时间间隔内发生的次数分布:

python 复制代码
import seaborn as sns
import numpy as np

data = np.random.poisson(lam=7, size=1000)
sns.distplot(data)
plt.show()

正态分布与泊松分布的关系

当事件发生的平均速率 λ 很大时,泊松分布可以近似为正态分布。其均值 μ 为 λ,标准差 σ 为 sqrt(λ)。

示例:比较泊松分布和正态分布的形状:

python 复制代码
import seaborn as sns
import numpy as np

lam = 50

# 生成泊松分布数据
data_poisson = np.random.poisson(lam=lam, size=1000)

# 生成正态分布数据
mu = lam
sigma = np.sqrt(lam)
data_normal = np.random.normal(loc=mu, scale=sigma, size=1000)

sns.distplot(data_poisson, label="Poisson")
sns.distplot(data_normal, label="Normal")
plt.legend()
plt.show()

练习

  1. 在一个小时内,一家商店平均收到 10 位顾客。模拟顾客到达商店的次数并绘制分布图。
  2. 比较不同平均速率下泊松分布形状的变化。
  3. 利用泊松分布来模拟一个呼叫中心每天接到的电话呼叫数量,并计算平均呼叫量和每天接听超过 30 个电话的概率。

解决方案

python 复制代码
import seaborn as sns
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 1. 模拟顾客到达商店的次数并绘制分布图
data = np.random.poisson(lam=10, size=1000)
sns.distplot(data)
plt.show()

# 2. 比较不同平均速率下泊松分布形状的变化
lam_values = [5, 10, 20, 50]
for lam in lam_values:
    data = np.random.poisson(lam=lam, size=1000)
    sns.distplot(data, label=f"λ={lam}")
plt.legend()
plt.show()

# 3. 模拟电话呼叫数量并计算平均呼叫量和每天接听超过 30 个电话的概率
calls_per_day = np.random.poisson(lam=150, size=365)
print("平均呼叫量:", calls_per_day.mean())
print("每天接听超过 30 个电话的概率:", (calls_per_day > 30).mean())

最后

为了方便其他设备和平台的小伙伴观看往期文章:

微信公众号搜索:Let us Coding,关注后即可获取最新文章推送

看完如果觉得有帮助,欢迎点赞、收藏、关注

相关推荐
秋名山小白37 分钟前
Playwright UI 自动化测试实战教程
python·ui
测试界的小码农1 小时前
【Linux 命令实战(03):文件创建、复制、移动与删除,掌握 touch、mkdir、cp、mv、rm】
linux·服务器·php
AI源码2 小时前
基于 Python 的汽车市场数据分析与可视化平台
python·数据分析·汽车
会飞锦鲤2 小时前
基于 SVM + HOG 的铸造缺陷检测系统
python·opencv·机器学习·计算机视觉·缺陷检测·图像分类·svm
byte轻骑兵2 小时前
实战 1:修改 BlueZ 源码,添加自定义开机日志
linux·aiot·bluez·电脑蓝牙·嵌入式蓝牙
叼烟扛炮2 小时前
Linux 学习笔记(五十):网络层——IP 协议、子网划分与 NAT 魔法
linux·笔记·学习
叼烟扛炮2 小时前
Linux 学习笔记(六十):单线程的逆袭——epoll 高并发服务器实战
linux·服务器·网络·笔记·学习·算法
AR-26710-2 小时前
Linux Day32——实操五类资源告急排查
linux·运维
unconditional3 小时前
我拆了 sdkm 的回滚设计:每个写操作,都提前写好了翻车预案
rust·开源
熟的生菜3 小时前
从零造一个腱绳驱动灵巧手——仿真器篇4:Qt 界面实战——属性面板、树控件与姿势系统
开源