为你的数据选择合适的分布:8个实用的概率分布应用场景和选择指南

简介: 面对真实数据不知该用哪种分布?本文精炼总结8个实战必备概率分布,涵盖使用场景、避坑指南与代码实现。从二元事件到计数、等待时间、概率建模,再到小样本处理,教你快速选择并验证合适分布,用对模型显著提升分析准确性。

拿到数据想建模,但不知道用哪个分布?大部分教科书都在讲一堆你永远用不到的东西。实际工作中,你只需要掌握几个核心分布,然后知道什么时候该用哪个就够了。

这里是我在做分析、实验设计、风险建模时真正会用的8个分布。每个都会告诉你使用场景、快速拟合方法、需要避开的坑,以及现成的代码。

伯努利分布:最基础的二元事件

点击还是不点击,欺诈还是正常,用户流失还是留存。单次试验的成功失败问题,用伯努利分布就对了。

但是数据严重不平衡时别硬套伯努利,记得做校准处理。比如欺诈检测场景,正负样本比例差太多的话,直接用p估计会有偏。

 import numpy as np  
y = np.array([0,1,0,1,1,0,0,1])  
p = y.mean()            # MLE for Bernoulli  
samples = np.random.binomial(1, p, size=10000)

二项分布:多次试验的累计结果

用户看了10次广告点了几次?50封邮件打开了多少?这种"N次机会中成功K次"的场景,二项分布最合适。

如果试验之间有关联(比如同一用户多次看广告),方差会比理论值大。这时候考虑用Beta-二项分布,能更好处理过度分散的情况。

 from scipy.stats import binom  
n, x = 50, 17  
p_hat = x / n  
ci = binom.interval(0.95, n, p_hat)  # simple CI on counts

泊松分布:计数事件的标配

每分钟客服电话、每小时系统故障、每平方米缺陷数。这些稀有且相互独立的计数事件,泊松分布处理起来最直接。

方差远大于均值的话,说明数据过度分散了。这种情况泊松分布就不够用,得换负二项分布(实际上是泊松和伽马的混合)。

 from scipy.stats import poisson  
counts = [0,1,0,2,1,0,3,1]  
lam = np.mean(counts)  
pmf = poisson.pmf(np.arange(6), lam)

正态分布:数据分析的主力

KPI的平均值、传感器噪声、大样本的误差分析。正态分布虽然被用烂了,但在合适的场景下确实好用。

轻微偏斜或者有异常值的话,正态分布的估计就会偏。小样本或者明显厚尾的数据,直接上学生t分布更稳妥。

 from scipy.stats import norm  
mu, sigma = np.mean(counts), np.std(counts, ddof=1)  
cdf90 = norm.cdf(90, mu, sigma)

学生t分布:处理小样本和异常值

数据有明显的厚尾特征,或者样本量不够大?正态分布容易被异常值带偏,这时候t分布更靠谱。测量数据偶尔出现的异常峰值、小样本的均值估计,都适合用它。

别把t分布当万能药。真的有严重异常值,还是得先清理数据或者做winsorizing处理,t分布只是比正态分布抗造一些。

 from scipy.stats import t  
nu = 5  
# probability a standardized value is within 2 std  
prob = t.cdf(2, df=nu) - t.cdf(-2, df=nu)

指数分布:等待时间建模

用户点击通知后多久会打开APP?系统两次故障之间间隔多久?只要是"等待第一次事件发生"的时间建模,而且事件发生率恒定,指数分布就很合适。

率参数λ,均值是1/λ。

 from scipy.stats import expon  
lam = 0.2  
samples = expon(scale=1/lam).rvs(10000)   # mean ≈ 1/lam

对数正态分布:处理乘性过程

用户会话时长、单用户收入、文件大小这些数据往往是多个正数因子相乘的结果。如果把数据取对数后看起来接近正态分布,那对数正态分布就是你要的。

尾部数据会严重拖累均值,做报告或者假设检验时用中位数和几何均值更稳定。

 from scipy.stats import lognorm  
sigma, mu = 0.8, 1.2  
rv = lognorm(s=sigma, scale=np.exp(mu))  
q95 = rv.ppf(0.95)

Beta分布:概率的概率

要建模转化率、缺陷率、分类器召回率这些本身就是概率的量?Beta分布天生就是干这个的。配合二项数据做贝叶斯推断特别好用。

α和β太小的话分布会很尖锐。做先验设置时要合理,比如α=β=1是均匀分布,α=β=2是相对温和的先验。

 from scipy.stats import beta  
alpha0, beta0 = 2, 2  
x, n = 17, 50  
posterior = beta(alpha0 + x, beta0 + (n - x))  
credible = posterior.interval(0.95)   # 95% credible interval for p

快速选择合适的分布

遇到具体问题,按这个思路走基本不会有错:

二元结果直接伯努利。N次试验中成功K次用二项,不过如果方差明显大于理论值就换Beta-二项。计数类型的用泊松,过度分散就上负二项。

均值类的数据优先考虑正态,有厚尾或者样本小就用t分布。等待时间且发生率恒定选指数,发生率会变化就考虑韦伯分布。

正数且明显右偏的数据试试对数正态,或者你想直接控制均值和形状参数的话用伽马分布也行。要建模概率本身,Beta分布是唯一选择。

拟合验证的技巧

别急着套公式,先画图。直方图能立刻告诉你数据的偏斜程度和异常情况,对数直方图对于长尾数据特别有用。

参数估计用最大似然或者矩估计都行,但是一定要用残差图和QQ图验证拟合效果。信息准则AIC/BIC比较不同分布的优劣,或者简单点用留出集的对数似然。

最重要的是模拟验证。用拟合好的分布生成数据,看看均值、方差、分位数是不是和原始数据对得上。如果对不上,说明这个分布选错了,哪怕拟合图看起来很漂亮也没用。

下面是通用代码模板

import numpy as np  
import pandas as pd  
from scipy import stats 
def fit_and_score(sample, candidate):  
    params = candidate.fit(sample)       # generic MLE  
    ll = np.sum(candidate.logpdf(sample, *params))  
    k = len(params)  
    aic = 2*k - 2*ll  
    return params, aic  

data = np.array([...], dtype=float)  
cands = [stats.norm, stats.t, stats.lognorm, stats.gamma]  
scores = [(c.name, *fit_and_score(data, c)) for c in cands]  
best = min(scores, key=lambda r: r[-1])  # lowest AIC

一个真实案例:客服票据建模

之前做过的一个客服系统的分析,每小时票据数平均是2.1张,但方差居然有5.7。按泊松分布的理论,方差应该等于均值才对,这明显过度分散了。

后来换成负二项分布重新建模,预测误差直接降了18%。更重要的是,人力排班计划变得稳定多了,不会再因为周末突然来一波高峰把大家搞得措手不及。

所以有时候选对分布真的能解决实际问题。

总结

分布选择其实就是在讲故事,讲数据是怎么产生的。从最简单合理的故事开始,老老实实验证效果,只有数据真的需要的时候才考虑更复杂的模型。

这样做对你自己好,对业务方也好。没人喜欢过度复杂的东西,除非它真的有用。

https://avoid.overfit.cn/post/b3cfebcf3ab24660916834730cbd662d

目录
相关文章
|
8月前
|
机器学习/深度学习 数据可视化 算法
数据分布不明确?5个方法识别数据分布,快速找到数据的真实规律
本文深入探讨了数据科学中分布识别的重要性及其实践方法。作为数据分析的基础环节,分布识别影响后续模型性能与分析可靠性。文章从直方图的可视化入手,介绍如何通过Python代码实现分布特征的初步观察,并系统化地讲解参数估计、统计检验及distfit库的应用。同时,针对离散数据、非参数方法和Bootstrap验证等专题展开讨论,强调业务逻辑与统计结果结合的重要性。最后指出,正确识别分布有助于异常检测、数据生成及预测分析等领域,为决策提供可靠依据。作者倡导在实践中平衡模型复杂度与实用性,重视对数据本质的理解。
689 3
数据分布不明确?5个方法识别数据分布,快速找到数据的真实规律
|
5月前
|
机器学习/深度学习 算法 测试技术
Optuna v4.5新特性深度解析:GPSampler实现约束多目标优化
Optuna v4.5发布,新增GPSampler对约束多目标优化的支持,结合高斯过程与log EHVI获取函数,显著提升在材料科学、机器学习等领域的黑盒优化效率,减少无效评估,加速收敛。
365 12
Optuna v4.5新特性深度解析:GPSampler实现约束多目标优化
|
5月前
|
存储 人工智能 数据可视化
从零构建能自我优化的AI Agent:Reflection和Reflexion机制对比详解与实现
AI能否从错误中学习?Reflection与Reflexion Agent通过生成-反思-改进循环,实现自我优化。前者侧重内容精炼,后者结合外部研究提升准确性,二者分别适用于创意优化与知识密集型任务。
936 9
从零构建能自我优化的AI Agent:Reflection和Reflexion机制对比详解与实现
|
7月前
|
消息中间件 缓存 监控
电商API接口功能全景图:商品、订单、支付、物流如何无缝衔接?
在数字化商业中,API已成为电商核心神经系统。本文详解商品、订单、支付与物流四大模块的API功能,探讨其如何协同构建高效电商闭环,并展望未来技术趋势。
|
5月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 机器人
AI Compass前沿速览:Nano Bananary、MCP Registry、通义DeepResearch 、VoxCPM、InternVLA·M1具身机器人
AI Compass前沿速览:Nano Bananary、MCP Registry、通义DeepResearch 、VoxCPM、InternVLA·M1具身机器人
|
5月前
|
人工智能 JSON 测试技术
AI智能体开发实战:从提示工程转向上下文工程的完整指南
曾被热捧的提示工程正逐渐退潮,本文揭示其局限性,并提出“上下文工程”新范式:通过结构化提示、精准上下文管理、工具调用与统一状态,构建可扩展、可恢复、生产级的智能体工作流,推动AI系统迈向工程化与可控化。
648 9
AI智能体开发实战:从提示工程转向上下文工程的完整指南
|
11月前
|
弹性计算 运维 安全
优化管理与服务:操作系统控制平台的订阅功能解析
本文介绍了如何通过操作系统控制平台提升系统效率,优化资源利用。首先,通过阿里云官方平台开通服务并安装SysOM组件,体验操作系统控制平台的功能。接着,详细讲解了订阅管理功能,包括创建订阅、查看和管理ECS实例的私有YUM仓库权限。订阅私有YUM仓库能够集中管理软件包版本、提升安全性,并提供灵活的配置选项。最后总结指出,使用阿里云的订阅和私有YUM仓库功能,可以提高系统可靠性和运维效率,确保业务顺畅运行。
|
5月前
|
存储 机器学习/深度学习 人工智能
向量数据库
向量数据库是AI时代的“记忆中枢”与“索引引擎”,将图像、文本等非结构化数据转化为高维向量,实现语义级检索。它支撑RAG、多模态搜索、智能推荐等应用,助力大模型获取实时、私有知识,推动AI原生应用落地,正成为连接AI与数据世界的基石。
1040 13
|
5月前
|
监控 Java 图形学
《拆解Unity3D开放世界游戏中动态天气与粒子特效协同的内存泄漏深层问题》
本文聚焦Unity3D开放世界游戏《荒野余烬》开发中,动态天气系统与粒子特效协同引发的内存泄漏故障。该故障在天气高频切换且多组粒子特效共存时触发,表现为内存持续上涨直至闪退,仅在开放世界大地图出现。文章先介绍技术环境,包括Unity版本、天气与粒子系统设计及内存配置;接着还原故障发现过程与初期排查,排除粒子对象池问题;再通过全链路监控,拆解出“事件订阅注销不彻底致双向引用陷阱”的故障本质;最后提及从事件机制、参数缓存管理、内存监控三方面优化的解决方案,为同类开发提供参考。
191 15
|
5月前
|
存储 缓存 监控
《深度拆解3D开放世界游戏中角色攀爬系统与地形碰撞网格动态适配的穿透卡顿复合故障》
本文聚焦3D开放世界游戏《山岭秘径》开发中,角色攀爬系统与地形碰撞网格动态适配的穿透卡顿复合故障。该故障在超大地形远距离(2000米以上)、动态碰撞地形(如晃动藤蔓)高频攀爬时触发,表现为碰撞穿透、动画卡顿,严重时致碰撞网格永久错位。文章介绍技术环境后,还原故障发现与初期排查,排除加载延迟、IK精度问题;再通过空间特征、网格更新规律、资源占用分析,拆解出坐标精度损失、网格更新延迟、CPU线程竞争的复合诱因;最后提出坐标重构、网格管理优化等方案。
213 12