康托爾分佈 是一種累積分佈函數 是康托爾函數 的概率分佈 。
該分佈即沒有概率密度函數 ,也沒有概率質量函數 ,因為雖然其累積分佈函數是一個連續函數 ,但其分佈在勒貝格測度 意義下既不是絕對連續 的,也沒有任何點質量。 因此它既不離散的概率分佈,也不是一個絕對連續的概率分佈,同時不是這兩個混合的概率分佈。相反,它是一個奇異分佈 的例子。
其累積分佈函數是處處連續的,但也幾乎處處水平,所以有時被稱為魔鬼的樓梯,雖然這個用語有更廣泛的意義。
康托爾分佈的基礎是康托集 ,本身是多個可數無限集的交:
C
0
=
[
0
,
1
]
C
1
=
[
0
,
1
/
3
]
∪
[
2
/
3
,
1
]
C
2
=
[
0
,
1
/
9
]
∪
[
2
/
9
,
1
/
3
]
∪
[
2
/
3
,
7
/
9
]
∪
[
8
/
9
,
1
]
C
3
=
[
0
,
1
/
27
]
∪
[
2
/
27
,
1
/
9
]
∪
[
2
/
9
,
7
/
27
]
∪
[
8
/
27
,
1
/
3
]
∪
[
2
/
3
,
19
/
27
]
∪
[
20
/
27
,
7
/
9
]
∪
[
8
/
9
,
25
/
27
]
∪
[
26
/
27
,
1
]
C
4
=
[
0
,
1
/
81
]
∪
[
2
/
81
,
1
/
27
]
∪
[
2
/
27
,
7
/
81
]
∪
[
8
/
81
,
1
/
9
]
∪
[
2
/
9
,
19
/
81
]
∪
[
20
/
81
,
7
/
27
]
∪
[
8
/
27
,
25
/
81
]
∪
[
26
/
81
,
1
/
3
]
∪
[
2
/
3
,
55
/
81
]
∪
[
56
/
81
,
19
/
27
]
∪
[
20
/
27
,
61
/
81
]
∪
[
62
/
81
,
21
/
27
]
∪
[
8
/
9
,
73
/
81
]
∪
[
74
/
81
,
25
/
27
]
∪
[
26
/
27
,
79
/
81
]
∪
[
80
/
81
,
1
]
C
5
=
⋯
{\displaystyle {\begin{aligned}C_{0}={}&[0,1]\\[8pt]C_{1}={}&[0,1/3]\cup [2/3,1]\\[8pt]C_{2}={}&[0,1/9]\cup [2/9,1/3]\cup [2/3,7/9]\cup [8/9,1]\\[8pt]C_{3}={}&[0,1/27]\cup [2/27,1/9]\cup [2/9,7/27]\cup [8/27,1/3]\cup \\[4pt]{}&[2/3,19/27]\cup [20/27,7/9]\cup [8/9,25/27]\cup [26/27,1]\\[8pt]C_{4}={}&[0,1/81]\cup [2/81,1/27]\cup [2/27,7/81]\cup [8/81,1/9]\cup [2/9,19/81]\cup [20/81,7/27]\cup \\[4pt]&[8/27,25/81]\cup [26/81,1/3]\cup [2/3,55/81]\cup [56/81,19/27]\cup [20/27,61/81]\cup \\[4pt]&[62/81,21/27]\cup [8/9,73/81]\cup [74/81,25/27]\cup [26/27,79/81]\cup [80/81,1]\\[8pt]C_{5}={}&\cdots \end{aligned}}}
康托爾分佈對任何 C t (t ∈ { 0, 1, 2, 3, ... }) 中 2t 個包含康托爾分佈隨機變量的特定區間,都有獨特的概率 2-t .
通過對稱性很容易看出,具有這樣分佈的一個隨機變量 X,其期望值 E(X ) = 1/2,且所有 X 的奇數階中心矩都是 0。
方差 var(X ) 可由總方差定律 求得。具體操作如下:對上述集合 C 1 ,如果 X ∈ [0,1/3] 則令 Y = 0,如果 X ∈ [的2/3,1],令 Y = 1。然後有
var
(
X
)
=
E
(
var
(
X
∣
Y
)
)
+
var
(
E
(
X
∣
Y
)
)
=
1
9
var
(
X
)
+
var
{
1
/
6
with probability
1
/
2
5
/
6
with probability
1
/
2
}
=
1
9
var
(
X
)
+
1
9
{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {var} (X)&=\operatorname {E} (\operatorname {var} (X\mid Y))+\operatorname {var} (\operatorname {E} (X\mid Y))\\&={\frac {1}{9}}\operatorname {var} (X)+\operatorname {var} \left\{{\begin{matrix}1/6&{\mbox{with probability}}\ 1/2\\5/6&{\mbox{with probability}}\ 1/2\end{matrix}}\right\}\\&={\frac {1}{9}}\operatorname {var} (X)+{\frac {1}{9}}\end{aligned}}}
從而我們得到:
var
(
X
)
=
1
8
.
{\displaystyle \operatorname {var} (X)={\frac {1}{8}}.}
任意偶數階中心矩的封閉表達式可由:先獲得偶數項累積量 [1] (頁面存檔備份 ,存於互聯網檔案館 )
κ
2
n
=
2
2
n
−
1
(
2
2
n
−
1
)
B
2
n
n
(
3
2
n
−
1
)
,
{\displaystyle \kappa _{2n}={\frac {2^{2n-1}(2^{2n}-1)B_{2n}}{n\,(3^{2n}-1)}},\,\!}
其中 B 2n 是 第2n 個 伯努利數 ,然後用該累積量的方程作為矩的表達。
Falconer, K. J. Geometry of Fractal Sets. Cambridge & New York: Cambridge Univ Press. 1985.
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