《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》是與“愛課程”網(wǎng)上國防科學技術(shù)大學吳翊教授主講的“概率論與數(shù)理統(tǒng)計MOOC”課程配套使用的教材。全書內(nèi)容包括事件與概率、變量、多維變量、變量的數(shù)字特征、大數(shù)定律與中心極限定理、數(shù)理統(tǒng)計的基本概念、參數(shù)估計、假設(shè)檢驗、回歸分析與方差分析、模擬,涵蓋了“概率論與數(shù)理統(tǒng)計MOOC”的第1講至第47講的內(nèi)容。 《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》將“概率論與數(shù)理統(tǒng)計MOOC”中的微視頻、隨堂測驗、討論題、PPT課件、測驗與作業(yè)在正文適當位置進行標注,將課堂學習和在線學習進行有機的融合。學生登錄“愛課程”網(wǎng)或“中國大學MOOC”手機客戶端可以瀏覽微視頻、PPT課件,在線進行隨堂測驗、參與討論,在提升課程教學效果的同時,便于學生的自主學習。 《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》可作為高等學校非數(shù)學專業(yè)的概率論與數(shù)理統(tǒng)計教材,也可供社會學習者學習“概率論與數(shù)理統(tǒng)計MOOC”時參考使用。
這本概率論與數(shù)理統(tǒng)計教材的編寫是同名國家級精品資源共享課建設(shè)計劃的任務(wù)之一,是我們多年來教學實踐經(jīng)驗的總結(jié)。隨著大數(shù)據(jù)在日常生活中的日益滲透,作為其數(shù)學基礎(chǔ)之一的概率論與數(shù)理統(tǒng)計面臨著新的需求,因而,圍繞該課程的教學改革一直受到大家的關(guān)注。我們在建設(shè)國家級精品資源共享課的過程中,就計劃編寫一本體現(xiàn)改革精神、具有鮮明特色的新教材,以滿足新形勢下人才培養(yǎng)的需要。現(xiàn)在,經(jīng)過多年努力,終于可以將它呈現(xiàn)在讀者面前了。
這本教材力求在以下幾個方面顯出新意:
。1)明確課程的應(yīng)用定位。我們強調(diào)概率論與數(shù)理統(tǒng)計不僅僅是一門數(shù)學公共課,更是一門培養(yǎng)分析隨機現(xiàn)象能力的基礎(chǔ)課,這種能力在大數(shù)據(jù)時代對于大多數(shù)人來說都是一種必備的素質(zhì),因此課程必須明確面向應(yīng)用的定位。一是在課程引入上,本書從概率論與數(shù)理統(tǒng)計的聯(lián)系著手,通過社會生活中的數(shù)據(jù),認識產(chǎn)生數(shù)據(jù)的隨機因素,并通過介紹常見數(shù)據(jù)處理方法,自然引出探求這些方法后面的數(shù)學理論基礎(chǔ)的必要性,以激發(fā)學生的學習興趣。國內(nèi)多年來在該課程教學中普遍存在的“重概率,輕統(tǒng)計”傾向一直為人詬病,我們的這一處理,也算是克服這一傾向的一點嘗試。二是在概率概念的闡釋上,我們采用了包括主觀概率在內(nèi)的多種解釋,使之更能適應(yīng)形形色色的實際問題。鑒于貝葉斯統(tǒng)計在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,有必要讓學生在大學本科階段了解相關(guān)知識,主觀概率的概念正是貝葉斯統(tǒng)計最基本的概念。三是在數(shù)學概念的介紹中,普遍采用由實際問題引出的方法,而這些問題及隨后的例題大多取材于當前大家熟悉的日常生活,給讀者以親切感。
(2)做好內(nèi)容的整合優(yōu)化。圍繞上述編寫宗旨,我們對教材內(nèi)容做了精心的安排,總的思想是在保持該課程傳統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上做適當調(diào)整。如將貝葉斯統(tǒng)計初步內(nèi)容編人教材,不是簡單地增加一章,而是以更高的視角把貝葉斯統(tǒng)計的思想融入到目前大多數(shù)教材所采用的經(jīng)典統(tǒng)計的體系中,保持了內(nèi)容的系統(tǒng)性。又如古典概率部分,由于讀者大多在中學階段學習過,我們在內(nèi)容安排上相對弱化,而把重心放在過去所學內(nèi)容的推廣與中學未曾強調(diào)的概率論證方法上。我們認為教材的作用不僅僅只是課堂教學的劇本,更是讀者自主學習的園地,基于這一考慮,我們寫進了較多的內(nèi)容,這些內(nèi)容有的(如特征函數(shù)、母函數(shù)等)能幫助學生更好地理解概率論的有關(guān)理論,有的(如p-值檢驗、某些非參數(shù)檢驗)則是部分讀者在以后的工作中可能會遇到,教師在教學中可以根據(jù)具體情況進行取舍。
(3)嘗試與數(shù)學建模與數(shù)學實驗進行融合。數(shù)學建模與數(shù)學實驗對于激發(fā)學生學習數(shù)學的興趣、提高學生應(yīng)用數(shù)學的能力有重要的作用,我們在教材中充分注意了這一點。如在介紹典型的特殊分布時,采用了從實際問題建模,推出該分布的形式的方法,以加深學生的理解。又如模擬方法是數(shù)學建模的重要手段,我們在教材中專門用隨機模擬一章介紹這方面的知識,并結(jié)合數(shù)學實驗,設(shè)計計算機實踐環(huán)節(jié),以達到培養(yǎng)學生綜合能力的目的。
總之,概率論與數(shù)理統(tǒng)計雖然是十分成熟的課程,但我們在教材中仍千方百計引入新思想,寫出新意境,其中對許多細節(jié)的處理,都體現(xiàn)了我們的這一初衷,這里就不一一贅述了。
特別要提到的是,在教材即將問世之際,正趕上我們主持的同名“慕課”上線!澳秸n”等在線開放課程的興起,極大地改變了國內(nèi)現(xiàn)有的教學生態(tài),如何充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學的作用,是大家正在探討的課題。我們利用教材作為橋梁,努力將虛擬課堂和實體課堂聯(lián)系起來,兩者取長補短,相得益彰,為此在教材中,我們都標注了與之相關(guān)的微視頻、隨堂測驗、討論題及教學PPT,希望通過這些豐富的教學素材,使兩個課堂的學生都能受益。當然,“慕課”中的內(nèi)容與教材中的內(nèi)容并非一一對應(yīng),但就基本內(nèi)容而言,兩者是相互涵蓋的。
本書共分10章,其中第一、六、七章由吳翊編寫,第二、三、四、五、八章由汪文浩編寫,第九、十章由楊文強編寫,全書的插圖由汪文浩繪制。作為教學團隊成員,侯臣平、王炯琦、謝美華、胡慶軍、李永樂、劉春林、文軍、王春玲、谷德峰、劉吉英、蘇芳、姚靜等在“慕課”建設(shè)中承擔了任務(wù)或為教材的成書提了很好的建議,在此為他們付出的辛勤勞動表示深深的感謝。特別要感謝高等教育出版社的李曉鵬編輯,是他的精心策劃和細致工作,使得教材以一種清新的風格面世。囿于水平,教材中難免會存在一些不妥之處,懇請廣大讀者批評指正。
第一章 隨機事件與概率
第一節(jié) 隨機現(xiàn)象與數(shù)據(jù)
第二節(jié) 隨機事件
第三節(jié) 概率的定義與性質(zhì)
第四節(jié) 等可能概型
第五節(jié) 條件概率與獨立性
第六節(jié) 全概率公式與貝葉斯公式
習題一
第二章 隨機變量
第一節(jié) 隨機變量的基本概念
第二節(jié) 離散型隨機變量及其分布律
第三節(jié) 連續(xù)型隨機變量及其密度函數(shù)
第四節(jié) 分布函數(shù)
第五節(jié) 隨機變量函數(shù)的分布
習題二
第三章 多維隨機變量
第一節(jié) 二維離散型隨機變量
第二節(jié) 二維連續(xù)型隨機變量
第三節(jié) 聯(lián)合分布函數(shù)
第四節(jié) 邊緣分布
第五節(jié) 條件分布與獨立性
第六節(jié) 二維隨機變量的變換及函數(shù)的分布
習題三
第四章 隨機變量的數(shù)字特征
第一節(jié) 數(shù)學期望
第二節(jié) 方差
第三節(jié) 協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)、矩與協(xié)方差陣
第四節(jié) 條件數(shù)學期望
第五節(jié) 特征函數(shù)與母函數(shù)
習題四
第五章 人數(shù)定律與中心極限定理
第一節(jié) 大數(shù)定律
第二節(jié) 中心極限定理
習題五
第六章 數(shù)理統(tǒng)計的基本概念
第一節(jié) 統(tǒng)計推斷概述
第二節(jié) 抽樣分布
習題六
第七章 參數(shù)估計
第一節(jié) 點估計
第二節(jié) 區(qū)間估計
第三節(jié) 貝葉斯方法的點估計
第四節(jié) 貝葉斯方法的區(qū)間估計
習題七
第八章 假設(shè)檢驗
第一節(jié) 引言
第二節(jié) 正態(tài)總體參數(shù)的假設(shè)檢驗
第三節(jié) 假設(shè)檢驗的進一步討論
第四節(jié) 非正態(tài)總體參數(shù)的假設(shè)檢驗
第五節(jié) 非參數(shù)假設(shè)檢驗
習題八
……
第九章 回歸分析與方差分析
第十章 隨機模擬
參考文獻
附表