機率分布在資料分析的角色與正態分布應用解析:企業預測與異常點觀察一次掌握

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機率分布怎麼用在資料分析?這些建議讓預測更準,也能揪出異常。

  1. 先試著用最近 100 筆數據畫出分布圖,觀察有沒有明顯的偏態或極端值。

    視覺化有助快速看出資料異常,能直接決定要不要清理或分群。(一天內看出異常分布區間數 ≥1)

  2. 直接用正態分布模型預測,先看你的資料平均值和標準差,有偏離就調整分析參數。

    對照正態分布能幫忙預測未來走向,異常值也會很快被抓出來。(三天內比對預測誤差 ≤10%)

  3. 記得要每週檢查一次最近 7 天資料的分布變化,特別留意峰值和尾部出現異常。

    週期檢查可提早發現市場變動或系統異常,減少損失機會。(一週後回頭查異常點是否≥2)

  4. 開始從 Python 用 5 行程式碼畫出 PMF 或 PDF,看不同分布能不能對應你的日常案例。

    程式自動化省超多時間,也能讓你馬上換不同模型來比較效果。(10 分鐘內跑出分布圖 ≥1)

掌握不確定性:了解機率分布如何推動預測

「唉,天氣會下雨嗎?其實我也不知道啦,有時候預報說要下,結果沒半滴。不然股票那些價格到底會不會再漲,其實搞不好又跌欸?嗯,好像生活裡大多時候都離不開這種莫名的不確定耶,就是怎麼猜也猜不太準吧。」

有時你會發現,每次大家聊預測天氣還是股市啊,就又繞回來那個問題:亂成一團,到底能不能找出規律呢。欸,我聽過超多人說什麼「資料分析就像是想辦法讓亂七八糟的東西,看起來比較可靠」,大概就是在說把感覺猜測變成可以信的那種預測喔。其實機率分布這詞常常被丟出來,應該滿關鍵啦。

呃...總之啦,如果真的好奇機率分布有多重要,不如等等直接看看吧 - 什麼叫做機率分布,它都有哪些樣子、為啥有人特別在乎這玩意兒?還有,用 Python 的話到底要怎麼處理,甚至畫個圖什麼的,大致上方法還蠻清楚,只是動手操作完感覺整個世界就比較可理解一點了。

運用機率分布描述隨機現象的根本原因

欸,機率分布這玩意其實領域大到爆,內容可以超雜,根本一次講不完吧。現在就把這邊先當入門看看啦,後面如果還想更深再繼續學,不用有壓力說全部要懂光光。

然後在資料科學工作裡啊,說真的,幾乎每一步都得面對某種程度的不確定感。像你要預測客戶會不會流失、計算風險或者要模擬一些自然現象,就是那種「也搞不清楚結果到底是什麼」的狀況。其實這跟丟骰子差不多欸,每次投出來怎樣都還得看運氣。

基本上呢,「機率分布」就是給我們一個數學的工具組,可以讓大家比較科學地形容那些隨機變數它們會跑出哪幾個可能值,以及各自的發生機會。如果你有接觸過資料分析、統計這類的圈子啦,嗯…應該沒有人不用得到這套方法啦(幾乎是標配)。

講具體一點,比如股票分析師好了,他們常常就會把過去一大堆歷史資料抓來建模型,再配合各種機率分布推敲未來價格會往哪幾個方向波動,每條路線大致能發生的可能性。不外乎就是靠它來計算說,如果今天參數組合改一下,那最後每種結果可以有多高的相對出現概率,邏輯就是這麼一回事喔。

解析正態分布與機率密度函數運作方式

機率分布到底是什麼?嗯,就是那種分東西機會的工具啦。有點懶得展開,不過像常態分布,你腦中應該會浮現那條中間胖兩邊瘦的曲線,那個叫 bell curve 啊。然後你平常考試成績落在一堆人集中一起,差不多也就是那個型啦。

但這些數字背後嘛,都有各自一套出資料的方法,這也導致不同現象可能走完全不一樣的機率分布。我說的PDF - 概率密度函數啦,它規定怎麼算每種情況會有多可能。例如丟骰子的公式跟股票獲利方式完全不像對吧?都PDF,可是形式天差地遠喔。

累積分布函數(CDF)咧,就是一路累積剛剛那些「發生的比例」怎麼變化的。那你問這條線幹嘛用?老實說它一定從0往上漸進,到最後99%還是100%,很慢慢地推到最頂端,就……這樣很清楚而已。用途其實大同小異,但看的角度又有差。

喔對,機率分布平常用在哪?嗯,其實金融圈、研究者像學術界跟基金經理天天用,比如評估某支股票將來有哪幾種可能走勢,預測大約會落在哪些回報範圍裡。他們做風險判斷或想賺多少錢,很大程度就靠這些方法,不單純是在算死數字,而是整個決策流程根據資料一步步推敲出來吧。

講坦白,統計分析、資料科學、產業選擇都少不了機率分布。雖然講得有點粗略,但真的可以說它主宰很多人判斷風險和決定方向啦,不論哪行業基本都要碰。

了解為何企業決策需依賴機率分布資料

欸這超妙!數值分佈是什麼?關鍵字:不確定、預測、隨機,還有,搞懂變化!主要就是你想知道:東西亂不亂來?能不能大概猜出下一步會發生什麼。簡單說,就是看它有多「不固定」啦!

想像一下喔 - 分析一間線上商店,每個顧客到底都買幾件商品。資料量爆多,超級多交易紀錄灌進電腦,一堆數字出現啦!直接畫個圖,購買件數那條分佈線…啊,大多數人大約會買1到3樣,只有少部分狂人一次包超多。但是欸欸欸!圖本來順順的忽然間,有個洞 - 「5件商品」那格人數莫名直直掉下去,也太奇怪!

馬上警鈴大響。有鬼吧?!極有可能是資料蒐集有問題,「5件」被跳過或記錯了,不然怎麼只差那格就炸裂。沒特別留意根本難發現這種細節喔!等你真的瞄到了,就要回頭仔細追,是哪一段連結出了包,之後才補救修正,把錯誤的原始資料改正回來,好險有發現,不然整份分析都怪怪der!

發現實務案例:客戶購買分布助於商業洞察

欸,這個東西主要是讓公司在做決策時,可以分析得比較準確啦。有些時候,你要管庫存啊,或是想知道顧客行為到底長怎樣,都蠻需要這個工具。現實世界很常超亂的,有時真的難以掌控。所以機率分布就變成一種很好用的方式吧。比如說股票價格到底會不會突然上下跳動、客人今天需不需要這麼多商品、伺服器到底一天會被點幾次、或者疫情有沒有機會擴散開來,其實全部都可以靠機率分布模擬一下,感覺能減少很多未知數。分析師就是靠這個東西在抓隨機波動,大致上也能貼近現實狀況,應該算滿有用的呢。

嗯,再講到統計推論哦,基本上整個假設檢定流程核心都離不開機率分布。如果你想找出信賴區間啦,還是要去算 p 值,都一定得依賴那些分布型態。如果沒搞清楚背後用的是哪種模型,那最後推論結果大概就很容易偏掉喔。所以建議大家稍微花點時間理解那套邏輯,比較不容易踩雷啦~

體驗資料分布異常點對決策影響

嗯,反正估計母體參數或者想從樣本推出什麼結論,其實好像還蠻依賴機率分布這個觀念吧。算了,隨便舉幾個例子好了,像 Machine Learning 啊、Data Science 這類,你應該也知道吧?超多方法根本都是預設你有一個特定的分布在背後跑著,比如 Gaussian Naive Bayes 直接假設數據有高斯分布;還有做線性迴歸的時候其實會對誤差部分用某種模型套進去。然後那種各式各樣生成模型也是,本質上通通脫不了機率分布那一套啦。

唔,不過要繼續往下講那些機率分布細節之前,好像有一件事需要先釐清,就是平常我們手上的資料到底是怎樣。大致來說,這些資料會被區成兩塊:離散型跟連續型。有時候我自己都記不太清楚怎麼判斷,不過就...離散嘛,就是只能看到某些明確值,比如你抽福袋抽到紅球或藍球(不會有半顆),再比如次數、一些顆粒之類,都算是離散數據。

找出日常生活中現象對應的各類機率分布

嗯,擲骰子喔,就那種六面骰啦,你怎麼丟都只有 1、2、3、4、5、6 這幾種數字,不會突然變出個什麼 1.2 啦,或者 2.47 那種怪的東西。不管你運氣多差,就是固定那些點。欸,這東西就是我們說的「離散機率分佈」啊。

然後,如果是在講那種連續資料的話,其實彈性就完全不一樣。呃,比方說像體重吧?你可能量出來是 54 kg,也有可能是 54.6 kg,再細一點可能 54.63 啊,只要你的儀器夠準根本沒極限。還有身高啊,道路長度也是,都可以卡在任何小數點上。雖然有一點模糊、不太直觀,可是差不多意思就是,這些數據不用像骰子一樣只能挑幾個數而已,大概就那麼回事吧。

認識統計推論時,機率分布的重要角色

1. 嗯,連續機率分布這概念嘛,意思大致上就是說,比如5 kg可以,然後54.5436 kg這種怪數字也行,只要不超出現實允許的範圍,都有可能跑出來。說白了啦,任何細小的重量、身高,甚至無窮多個點,大概都還算在考慮裡面。體重那種連續滑動的資料,就是用這模型。

2. 講到「機率分布函數」喔,其實它主要管的是,那些變動中的值到底應該配多少機率吧。隨機變數要分型態,有「離散型」和「連續型」。離散就得靠「機率質量函數 (PMF)」,一個一個算,例如投骰子的點數那類,具體到不能再具體。然後換成連續型,就要換思路,用「機率密度函數 (PDF)」,不是抓單一個值而是區間裡機率多寡,用的是曲線下方那塊面積。不想細講了,大概就這樣。

辨析離散與連續型資料對應的不同分布模型

總而言之,嗯,不管遇到什麼情形啦,所有可能發生的結果它們的機率加一加,最後就是1。這個道理基本上讓所謂「機率分布函數」變成統計學還有機率論裡面很基礎的一套工具吧。對喔。

如果說你有碰過那種叫做「離散型隨機變數」的東西,就是,每一種明確結果它都配一個機率。像丟骰子啦、或者是人在某時間點出現幾次那種題目。每個可能的結果會對應一個確定的機率,可是全部可能結果合起來,總和還是1啊。不過PMF(Probability Mass Function)本身也不只一種,舉例來說像 Poisson 分布這類型都是啦。要講各種PMF細節還有用法,其實之後再提好了,先這樣。

然後欸,要是在 Python 上面,你要產生、或畫出 Poisson PMF,其實不用特別厲害的人啦,有內建程式就解決:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.stats import poisson


# 參數設置一下
lambda_poisson = 3
x_discrete = np.arange(0, 10)

# 算一下PMF值
pmf_poisson = poisson.pmf(x_discrete, mu=lambda_poisson)

# 標記P(X≤2)部分
highlight_x = np.arange(0, 3)
highlight_pmf = poisson.pmf(highlight_x, mu=lambda_poisson)
prob_poisson = np.sum(highlight_pmf)

# 繪圖顯示
plt.stem(x_discrete, pmf_poisson, basefmt=" ", linefmt='b-', markerfmt='bo')
plt.stem(highlight_x, highlight_pmf, basefmt=" ", linefmt='r-', markerfmt='ro')
plt.title(f"Poisson PMF (λ=3)\nP(X ≤ 2) = {prob_poisson:.3f}")
plt.xlabel("k")
plt.ylabel("P(X = k)")
plt.show()

print(f"Poisson Distribution (λ=3): P(X ≤ 2) = {prob_poisson:.4f}")

呃...其實 λ 我是直接設為3,你愛換當然自己試試別的數值也行啦。有件比較關鍵的差異我順便補充,就是你變數如果換成連續型,就不是同樣邏輯了嘛。連續型沒有所謂「哪幾個明確點」,而是會叫「概率密度函數」(PDF)。唉,有些地方容易搞混,就多嘴一下:假如你拿的是連續情況,在某一個特定單點上的機率理論上會變成0,只能討論某區間裡頭發生的機率才有大於0啦。

學會用 Python 建立、視覺化 PMF 與 PDF

你知道 PDF 嗎,欸有時候我也搞混。其實要算機率,不能就抓一個點,是要考慮曲線下那個區域,也就是面積吧?PDF 就是那個「概率密度函數」啦,normal distribution、正態分布常出現這個詞。有些細節先不提,之後大概還會補充。

隨手寫一段 Python:嗯,用 numpy、matplotlib 還有 scipy.stats.norm,那 μ=0, σ=1 隨便設嘛。x 軸拉 -4 到 4 這麼長。pdf 畫出來像座山,我另外把 -1 到 1 標紅,你大概能看懂那塊陰影吧?就是 X 落在 -1 跟 1 間的機率。程式也直接 norm.cdf(1, mu, sigma) 減 norm.cdf(-1, mu, sigma),算那段總共多少。最後 print 數值,好像是 0.6826 差不多喔。

嗯…之後?前面這樣了解就行啦。接下來就可以弄 PMF、PDF 差在哪嘛。例如怎麼寫 PMF 的程式,要傳哪些參數、跟 CDF 有啥差異…大致會用 Python 做例子,然後講一點 data science 裡頭常見應用。如果精神好點,下篇繼續試給大家看好了。

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