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格致开物MATHWIKI

条件期望

条件期望是在已知某些信息后,对随机量作平均。对概率为正的事件 B,离散变量满足 E[X∣B]=∑xxP(X=x∣B)。更一般地,E[X∣Y] 本身是 Y 的函数:先知道 Y 的值,平均值才确定。

一枚骰子的分组平均

掷公平骰,令 X 为点数,令 Y 只记录奇偶。已知奇数时,X 在 {1,3,5} 上等可能,故 E[X∣Y=奇]=3;已知偶数时,在 {2,4,6} 上等可能,故为 4。因此 E[X∣Y] 在奇数组返回 3,在偶数组返回 4。再平均一次得 (3+4)/2=3.5=E[X]。

全期望公式

若 Y 取有限多个值 y,按分组展开可得 E[X]=∑yE[X∣Y=y]P(Y=y)=E[E[X∣Y]]. 证明只是把 E[X]=∑xxP(X=x) 中的每个 P(X=x) 用全概率公式拆成 ∑yP(X=x∣Y=y)P(Y=y),再交换有限和。可积随机变量的一般版本同样成立。

条件期望不一定等于某个实际观测值;上面奇数组的 3 恰好在样本中,但若条件分组为 {1,5},均值仍为 3,组内未出现 3。它是信息已知后的平均,不是“预测必然发生的值”。

参考资料