Moyenne probabilité

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lirabo
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moyenne probabilité

par lirabo » 16 Déc 2015, 17:49

Bonjour,

Voici un problème que j'aimerai vous présenter. C'est un problème de calcul lié à des probabilités. J'ai une formule de calcul mais la complexité est exponentielle en fonction de la taille N du problème. Je voudrais savoir si on peut calculer plus vite.

Je vous présente ce problème en l'illustrant par un exemple simple.

Imaginons que j'ai une collection de N pièces de monnaie. Sur une seule face de chaque pièce, je note au marqueur un nombre > 0 (différent sur chacune des pièces).
Je lance mes N pièces qui ont chacune une proba de 1/2 de tomber sur la face marquée.

Je calcule le produit de tous les nombres inscrits sur les faces retournées que je note S

On peut calculer facilement la moyenne de S.

est le nombre inscrit sur la ième pièce.

(démo par récurrence en vérifiant que la formule reste vraie en ajoutant une pièce et en faisant la moyenne sur les 2 cas équiprobable selon que cette nouvelle pièce tombe ou pas sur la face marquée)

On voit que cette formule permet un calcul rapide en O(N) opérations

Mais, je m'intéresse à la variable et à sa moyenne

Pour un cas plus simple où chaque pièce est marquée du même nombre R, je peux calculer le résultat en groupant les cas pour lesquels le même nombre de pièces est du coté marqué :



La complexité du calcul reste très raisonnable.

En revanche, si les nombres marqués sur les pièces sont différents, je ne vois pas comment calculer le résultat facilement. Je peux lister chaque issus de mon tirage de pièces, calculer T à chaque fois et faire la moyenne. Mais cela revient à traiter les tirages possibles de pièces et le calcul est donc exponentiel en N.

Si vous avez des idées, je suis preneur. Ca m'intéresse même d'avoir votre opinion si vous pensez qu'il n'y a pas de méthode de calcul moins complexe.

Arnaud



Matt_01
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par Matt_01 » 16 Déc 2015, 18:23

Bonjour,

Sauf erreur, la moyenne de T est égale à :

Alors, si je définis pour n>0, avec .
La moyenne étant f_n(1), cela permet peut-être d'envisager un calcul récursif un peu moins contraignant. M'enfin j'pense que ca reste du 2^n quoi qu'il arrive.

lirabo
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par lirabo » 17 Déc 2015, 08:57

Merci,

Propriété intéressante. On peut donc se ramener à la moyenne de images de .
Ca reste évidemment de complexité
Faute de formule analytique simple et rapide, je peux me contenter d'un résultat avec une précision relative donnée. (ex ) car j'ai besoin de faire ce calcul informatiquement.
Je vais étudier ça. Peut-être qu'en groupant les valeurs des ( dans ta formule), dans n intervalles de valeur, je peux trouver des encadrements de plus en plus précis en fonction de n.

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Ben314
Le Ben
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par Ben314 » 17 Déc 2015, 13:46

Salut,
En ne se posant aucune question de convergence, on pourrait écrire que :

est assez rapide à calculer.

Modulo que ça ait du sens et que la série converge assez rapidement (ce qui va dépendre des Ni) ça permet d'approximer E(T) sans trop de calculs.
Qui n'entend qu'un son n'entend qu'une sonnerie. Signé : Sonfucius

lirabo
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par lirabo » 17 Déc 2015, 17:08

Superbe piste !
La série que tu as obtenue ne convergeait pas mais on peut s'en sortir dans le cas où tous les sont > 1
Il faut juste sortir le tirage particulier où aucune pièce n'est marquée et qui donne S=1 de la première somme car la série entière ne converge pas sinon et du coup c'est la même chose pour la série de droite.
Si on nomme l'ensemble des tirages de pièces et le tirage unique pour lequel aucune pièce n'est marquée, on a



J'ai testé sur un exemple à 2 pièces marquée avec 2 et 3 et le résultat converge bien vers la bonne valeur 0.693452
La convergence sera d'autant plus lente qu'on a des proches de 1 car converge lentement vers 0 dans ce cas.

En revanche, je sêche completement pour me ramener toujours à un cas avec des >1 à partir d'un cas général. On peut montrer que cela revient à généraliser un peu le problème en supposant qu'on multiplie S par une constante K. Mais si K est < 1 j'ai le même pb de convergence...

lirabo
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par lirabo » 18 Déc 2015, 11:18

Je progresse tout doucement.

Le raisonnement de Ben314 peut être adapté au cas des tous 1


On voit qu'on a utilisé le développement en séries entières de ou de selon la valeur de S.
Reste à trouver une formule qui fonctionne quand les S (donc les ) ne sont pas tous du même coté de 1.
Naïvement, j'essaierai bien :

lirabo
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par lirabo » 18 Déc 2015, 11:53

Naïvement, j'essaierai bien :

... malheureusement ça ne marche pas sur un exemple simple.
Si quelqu'un a une piste ....

 

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