题目链接:
http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=5810
题意:
将$n$个球随机放入$m$个盒子中,求$V={ {\sum_{i=1}^m(X_i-\bar{X})^2}\over m}$的期望。
分析:
推导一:
可以将问题看成样本数量(实验次数)为m的,将n个球放入m个盒子中,观察某一盒子中的球个数的实验。
由$E[V] = E[{ {\sum_{i=1}^m(X_i-\bar{X})^2}\over m}]=E[(X_i-\bar{X})^2]=E[X_i^2-2X_i\bar{X}+{\bar{X}^2}]=E[X_i^2]-\bar{X}^2$
已知$D(X)=E(X^2)-[E(X)]^2$,因此有$E[V]=D[X_i]$
对于某个样本来说,即一次实验,为$n$次伯努利实验, 方差为$n\times{1\over m}\times{(m-1) \over m}$。
推导二:
$V = \sum_{i=1}^m {X_i^2\over m}-2\bar{X}{n\over m}+\bar{X}^2= \sum_{i=1}^m {X_i^2\over m}-{n^2\over m^2}=E[X_i^2]-{n^2\over m^2}$
关键是要求$E[X_i^2]$
用随机变量$Y_j$表示第$j$个球是否在第$i$个盒子中,在$Y_j=1$,否则$Y_j=0$
那么有
$E[X_i^2]=E[(\sum_{j=1}^nY_j)^2]=E[\sum_{j=1}^n Y_j^2]+2E[\sum_{j=1}^n\sum_{k=1,k!=j}^nY_jY_k]
=nE[Y_j^2]+(n-1)nE[Y_jY_k]=\frac{n}{m}+\frac{n(n-1)}{m^2}$
所以$E[V] = \frac{n}{m} + \frac{n(n-1)}{m^2} - \frac{n^2}{m^2} = \frac{n(m-1)}{m^2}$
代码:
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