diff --git a/jk_web/teaching_25_past1/__init__.py b/jk_web/teaching_25_past1/__init__.py index 90f0897481160489453bca08ab8e9b5ae4cd6963..5cc8334e39333884e389ed400fbf9b1951d5aa5f 100644 --- a/jk_web/teaching_25_past1/__init__.py +++ b/jk_web/teaching_25_past1/__init__.py @@ -92,6 +92,7 @@ with web.Module("teaching_25_past1") as module: b.line.th("Příklady") with b.tbody: b<<lesson(1, "20. 2.", "Elementární pravděpodobnost") + b<<lesson(2, "27. 2.", "Podmíněná pravděpodobnost") return base_page(b.root) diff --git a/jk_web/teaching_25_past1/cvic2.tex b/jk_web/teaching_25_past1/cvic2.tex new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..1fe8463fb99ed81ca438e2b82bdeb4fbc2d37dee --- /dev/null +++ b/jk_web/teaching_25_past1/cvic2.tex @@ -0,0 +1,279 @@ +\documentclass{article} +\usepackage{cvika} +\newcommand\calF{{\cal F}} + +\begin{document} + +\Nadpis{\bf 2. cvičení z PSt --- 27.2.2025 (Jiří Kalvoda)} + +\hbox to \hsize{\hskip -3cm plus 1 fil \emph{Veškeré materiály ke cvičení naleznete na \url{https://kam.mff.cuni.cz/~jirikalvoda/vyuka/25l/past1/}.\hskip -3cm plus 1 fil }} + +\pr Dokažte, že pro dva jevy $A$, $B$ platí $\P(A \cup B) = \P(A) + \P(B) - \P(A \cap B)$. + +\nadpis{Podmíněná pravděpodobnost, Bayesova věta} + +\pr +Házíme dvakrát mincí. Je větší pravděpodobnost, že dvakrát padne panna, za +předpokladu, že první hod byla panna NEBO že dvakrát padne panna, za +předpokladu, že \emph{některý} hod byla panna? + +\pr +Jaký je vztah tvrzení $\P(A|B) > P(A)$ a $\P(B|A) > P(B)$? + +\pr +V krabici sto mandarinek jsou čtyři zkažené. +Vytáhneme postupně tři mandarinky. +Označme $A_i$ jev \uv{$i$-tá mandarinka není zkažená}. +\cast Spočtěte $P(A_1 \cap A_2)$. \textbf{Využijte podmíněnou pravděpodobnost.} +\cast Spočtěte $P(A_1 \cap A_2 \cap A_3)$. Opět využijte podmíněnou pravděpodobnost. Pokud + si nebudete vědět rady, koukněte na první užitečný vzorec z druhé strany. + +\pr +Máme tři normální hrací kostky a jednu kostku, kde jsou tři jedničky a tři dvojky. +Vybereme uniformně náhodně jednu z kostek, hodíme. + +\cast Jaká je pravděpodobnost, že padne jednička? + +\cast Pokud nám padla jednička, jaká je pravděpodobnost, že jsme vybrali normální kostku? + + +\pr +Petr dostává hodně emailů, ale 80 \% z nich jsou spamy. Jeho spamový filtr 90 \% spamů správně označí, +ale také 5 \% řádných emailů označí jako spam. + +\cast Kolik procent emailů bude označeno jako spamy? +\cast Kolik procent řádných emailů je mezi těmi, co jsou označené jako spamy? +\cast Kolik procent spamů je mezi emaily, které testem prošly? + + + + +\pr +(Paradox Monty Halla) +V soutěžní hře soutěžící (tj.\ my) stojíme na podiu před třemi +dveřmi. Za jedněmi je auto (to chceme), za ostatními koza (tu +nechceme, moc žere). Vybereme si jedny dveře, ale než je otevřeme, +tak moderátor otevře jedny ze zbylých dveří, ukáže za nimi kozu, a +nabídne nám, že můžeme svoji volbu změnit. Máme to udělat? Pomůže +to? Uvědomte si, že zadání má (minimálně) následující dvě varianty: +\begin{enumerate} + \item[(a)] moderátor ví, kde je auto, a tomu přizpůsobí, které + dveře otevře; + \item[(b)] moderátor si hodí korunou, které dveře otevřít. (Jiné, + než ty, co jsme vybrali.) Kdyby odhalil auto, tak bychom asi nezaviněně prohráli, + ale to se zrovna nestalo. +\end{enumerate} + +Pro snazší domluvu: vybereme dveře číslo~1, auto je za náhodnými dveřmi. +Poté, co moderátor otevře dveře~2 nebo~3, tak naši volbu změníme. +Spočítejte pravděpodobnost, že vyhrajeme auto, ve variantách~(a),~(b). + +\pr* %podm, hravé +Alice má $n$ mincí, Bob $n+1$. Oba hodí všemi svými mincemi a spočítají, komu padne kolikrát panna. +Pravděpodobnost, že Bobovi padla vícekrát, je $1/2$. (Návod: Bob si dá jednu minci stranou a napřed spočítá +těch $n$ ostatních, teprve pak připočte tu poslední.) + +\pr %podm, hravé +Varianta problému s obálkami: +ve dvou obálkách je v každé částka daná nějakým reálným číslem, v každé jiným. +Máme dovoleno jednu obálku otevřít a pak se rozhodnout, zda si necháme tu, +nebo tu druhou. Jak můžeme s pravděpodobností $> 1/2$ získat obálku s vyšším obnosem? + +[Návod: nebude to o moc víc než $1/2$, navíc ta pravděpodobnost závisí na tom, jak se +dané dvě částky liší. Použijte nějakou klesající funkci $F : \RR \to (0,1)$, pokud +vyberete obálku s částkou $x$, změňte obálku s pravděpodobností~$F(x)$.] + +\nadpis{Bonusy} + +\pr (Simpsonův paradox) +V této úloze budeme mít bonbony dvou druhů: dobré červené a nedobré zelené. +Bonbony ale vybíráme z nádoby poslepu (nebo jsme barvoslepí). +Rozhodněte, zda se může stát následující podivnost: +\begin{itemize} + \item Při vytahování bonbonu z bílé krabice máme vyšší pravděpodobnost, že vytáhneme dobrý bonbon, než z černé krabice. + \item Při vytahování bonbonu z bílého sáčku máme vyšší pravděpodobnost, že vytáhneme dobrý bonbon, než z černého sáčku. + \item Pokud přesypeme bonbony z bílého sáčku do bílé krabice (a z černého do černé krabice), tak budeme mít lepší pravděpodobnost + vytažení dobrého bonbonu v černé krabici. +\end{itemize} + +\pr (Prosecutor's fallacy) +Paní C umřely dvě děti krátce po narození. Je obžalovaná za dvojnásobnou vraždu. Žalobce argumentuje takto: +Pravděpodobnost syndromu náhlého úmrtí kojenců je $1/8500$. Takže pravděpodobnost dvou takových jevů je +$1/8500^2$. Tudíž pravděpodobnost, že paní C je nevinná je $1/8500^2$, což je hodně málo. + +Formulujte argumenty žalobce v řeči pravděpodobnosti a nalezněte v nich dvě chyby. + + + + +\nadpis{K procvičení} + +\pr %podm, total prob, rutina/trik +Máme $k$ nádob, v každé z nich $a$ bílých a $b$ černých míčků. +Z první vybereme náhodný míček, vhodíme do druhé. Pak z ní vybereme náhodný míček, vhodíme do třetí, atd. +Jaká je pravděpodobnost, že z poslední nádoby vytáhneme bílý míček? + +\pr %podm, total prob, rutina/trik +V urně je $a$ černých a $b$ bílých míčků. Postupně z ní (bez vracení) taháme míčky. +Jaká je pravděpodobnost, že první vytažený míček je černý? Druhý, třetí, \dots? + +\pr +V krabici je $m$ bílých a $n$ černých míčků. +Dva hráči střídavě tahají míčky, první kdo vytáhne bílý míček prohrál. +Jaká je pravděpodobnost~$p(m,n)$, že prohraje první hráč? (Sestavte rekurentní formuli, +tj. formuli pro $p(m,n)$ pomocí $p(m',n')$ pro $m'\le m$, $n' \le n$.) + +\pr +Logická formule $A \implies B$ je ekvivalentní obměně $\neg B \implies \neg A$. +Budeme se zabývat analogiemi zahrnujícími pravděpodobnost. + +\cast Ukažte, že pokud $\P(B | A) = 1$, tak také $\P(A^c | B^c) = 1$. + +\cast Ukažte, že je však možné, aby $\P(B | A) \doteq 1$, ale $\P(A^c | B^c) \doteq 0$. + +%TODO: původně jsem měl na konci 1 místo nuly, ale nedávalo mi to +%smysl. Snad je to takhle OK :) + +\nadpis{Užitečné vzorce} + +\begin{itemize} + \item + Pokud $A_1, \dots, A_n \in \calF$ a $\P(A_1 \cap \dots \cap A_n) > 0$, tak + $$ + \P(A_1 \cap A_2 \cap \dots \cap A_n) = + % \P(\cap_{i=1}^n A_i) = + \P(A_1) + \P(A_2 | A_1) + \P(A_3 | A_1 \cap A_2) + \ldots + \P(A_n | \bigcap_{i=1}^{n-1} A_i) + $$ +\item + Pokud $B_1, B_2, \dots$ je rozklad $\Omega$ a $A \in \calF$, tak + $$ + \P(A) = \sum_i \P(A|B_i) \P(B_i) + $$ + (sčítance s $\P(B_i)=0$ považujeme za 0). +\item + Za předpokladů minulé části, + $$ + \P(B_j|A) = \frac{\P(B_j) \P(A|B_j)}{\sum_i \P(B_i) \P(A|B_i)} + $$ +\end{itemize} + + + +\end{document} + + + +\nadpis{Hrátky s náhodnými veličinami} + + +\pr Prokop hází basketbalovým míčem na koš, v každém pokusu má pravděpodobnost zásahu $1/10$, pokusy jsou nezávislé. +Skončí po prvním zásahu. Označme $X$ celkový počet hodů. + +\cast Jaká je $\P(X > k)$? +\cast Jaká je distribuce $X$? Tj. určete pravděpodobnostní funkci +$p_X$, tj. pro každé $x$ určete $\P(X=x)$. +\cast Jaká je $\P(X \ge 10 | X \ge 5)$? +\cast Jaká je $\E(X)$? + + +\pr Pokračování z minulé úlohy: označme $Y = X \bmod 2$, +tj. $Y = 0$, pokud je $X$ sudé, jinak $Y=1$. Určete distribuci $Y$. + + +\pr Quido také hází míčem na koš, má pravděpodobnost $p$, že se +trefí. Označme $Z$ počet zásahů z~$n$~pokusů. +Určete distribuci~$Z$. + + + + +\nadpis{Nezávislé jevy} + +\pr %teorie, rutina +Pokud jsou jevy $A$, $B$ nezávislé, tak jsou nezávislé i jevy $A$, $B^c$. +A také jevy $A^c$, $B^c$. + +\pr Mohou být dva jevy nezávislé a zároveň disjunktní? + +\pr Najděte jevy $A$, $B$, $C$ takové, že $\P(A\cap B \cap C) = \P(A) \P(B) \P(C)$, ale +jevy nejsou po dvou nezávislé. + +%% prvočíselný unif. prostor? + +\nadpis{Bayesova věta} + +\pr +Petr dostává hodně emailů, ale 80 \% z nich jsou spamy. Jeho spamový filtr 90 \% spamů správně označí, +ale také 5 \% řádných emailů označí jako spam. + +\cast Kolik procent emailů bude označeno jako spamy? +\cast Kolik procent řádných emailů je mezi těmi, co jsou označené jako spamy? +\cast Kolik procent spamů je mezi emaily, které testem prošly? + + +\pr % +Kouřovými signály přenášíme binární soubor. Je proto poměrně vysoká pravděpodobnost chyby u každého bitu: +0 se jako 0 přenese jen s pravděpodobností $0.9$, 1 jako 1 jen s pravděpodobností $0.8$. +Předpokládejme (trochu neseriózně), že jednotlivé znaky se přenáší nezávisle. +Dále předpokládejme, že ve vysílané zprávě je stejně nul a jedniček. + +\cast Pokud jsme dostali signál 0, jaká je pravděpodobnost, že byl opravdu vyslán? +\cast Dostali jsme zprávu 0010. Jaká je pravděpodobnost, že byla opravdu vyslána? +\cast Jak se výpočet změní, pokud budeme pro kontrolu vysílat každý symbol třikrát (a pak vezmeme častější z těch tří pokusů)? + + +\pr +Pokud vidíme bílého pudla, zvyšuje to naši důvěru, že je každá vrána černá? + +\nadpis{K procvičení} + +\pr +V truhle je sto mincí. Z nich 99 je normálních, ale jedna má na obou stranách orla. +Vytáhneme náhodnou minci a šestkrát s ní hodíme, pokaždé padne orel. Jaká je pravděpodobnost, že +jsme si vytáhli \uv{dvouorlovou} minci? (Zkuste napřed odhadnout, pak spočítat.) + +\pr +Na chorobu $C$ máme dva testy, $A$ a $B$. Test $A$ má sensitivitu i specificitu +$p = 0.95$. Test $B$ vždy řekne, že pacient je zdravý. Předpokládejte, že $\P(C) = 0.01$. + +\cast +Spočtěte pro oba testy pravděpodobnost úspěchu (tj. správné odpovědi), použijeme-li je na +náhodného pacienta. Rozmyslete si, co to říká o užitečnosti obou testů. + +\cast +Pro jaké $p$ je pravděpodobnost úspěchu obou testů stejná? + +\pr %Bayes a trik navíc +Ve volbách hlasují lidé pro dva kandidáty, $A$ a $B$. Při odchodu z volební místnosti +jsou voliči náhodně požádáni o účast v exit-poll. Předpokládejme, že kdo odpoví, odpoví +popravdě koho volil, ale ne všichni se zúčastní. Označíme-li $E$ množinu voličů, kteří se +exit-pollu zúčastní, tak předpokládejme $\P(E|A) = 0.7$ a $\P(E|A^c)=0.4$. +Výsledky exit-pollu jsou 60 \% pro~$A$. Jaký je skutečný podíl lidí, kteří hlasovali pro~$A$? + +%% Nejlepší řešení (asi): +% P(A|E) = P(A) P(E|A)/c +% P(B|E) = P(B) P(E|B)/c +% vydělením se zbavíme c, dostaneme P(A)/P(B) = 6/7, snadno dopočteme. +% +% Nebo rovnou bez Bayese: +% P(E)P(A|E) = P(A)P(E|A) +% P(E)P(B|E) = P(B)P(E|B) +% a zase + +\pr +Máme tři normální hrací kostky a jednu kostku, kde jsou tři jedničky a tři dvojky. +Vybereme uniformně náhodně jednu z kostek, hodíme a padne jednička. Jaká je pravděpodobnost, že +jsme vybrali normální kostku? + +\pr %podm, total, rutina +Pro plánování výletu do Krkonoš používáme českou a polskou předpověď počasí. +Předpokládejme, že každá z nich má tutéž pravděpodobnost úspěchu $p \in [0,1]$, +obě předpovědi jsou nezávislé. Používáme je takto: pokud se shodují, věříme jim, pokud ne, +rozhodneme se náhodně. Jaká je pravděpodobnost, že se rozhodneme správně? + + +