Toolyard

Симулятор доски Гальтона

Уравнения этой модели

P(k) = C(n, k) p^k (1 − p)^(n − k)
nРядов штырьков или число кубиков, nкаждый ряд — одно испытание «да или нет»: отскок вправо или влево
pВероятность отскока вправо pодинакова на каждом штырьке, и каждый отскок не зависит от предыдущего
kчисло отскоков вправов какую ячейку попадает шарик, считая слева; C(n, k) — число путей, которые там заканчиваются
P(k)биномиальная вероятность попасть в ячейку kк средним ячейкам ведёт гораздо больше путей, поэтому они и заполняются

При текущих значениях:

μ = n p, σ = √(n p (1 − p))
μожидаемое среднееячейка, вокруг которой центрируется куча
σожидаемое стандартное отклонениерастёт лишь как квадратный корень из n, поэтому с бо́льшим числом рядов куча относительно уже

При текущих значениях:

f(x) = e^(−(x − μ)² ÷ 2σ²) ÷ (σ √(2π))
fнормальная кривая с теми же μ и σхорошо заменяет биномиальное распределение, когда n p и n (1 − p) оба больше примерно 5; при p около 0 или 1 и малом числе рядов куча кривобока, и кривая не подходит

При текущих значениях:

χ² = Σ (O − E)² ÷ E, df = ячеек − 1
O, Eнаблюдаемые и ожидаемые числа в каждой ячейкеячейки, где ожидается меньше 5 шариков, сначала объединяются с соседними
χ²статистика хи-квадратнасколько куча отличается от биномиальной; p-значение — вероятность хотя бы такого расхождения чисто случайно

При текущих значениях:

кубики: μ = 3,5 n, σ² = 35 n ÷ 12
n кубиковРядов штырьков или число кубиков, nодин кубик даёт ровное распределение, два — треугольник, а к пяти-шести сумма уже похожа на колокол: центральная предельная теорема

При текущих значениях:

стандартная ошибка = σ ÷ √N
Nшариков брошеновыборочное среднее отклоняется от μ всё меньше по мере роста N, как показывает график среднего во времени

При текущих значениях:

Как пользоваться симулятором доски Гальтона

  1. Шарики падают сверху и на каждом штырьке отскакивают влево или вправо. Каждый попадает в ячейку, считающую, сколько раз он ушёл вправо, и столбики вырастают в колокол. Пунктир — точное биномиальное распределение, зелёная кривая — нормальное распределение с тем же средним и стандартным отклонением.
  2. Меняйте число рядов и вероятность отскока вправо — доска при этом очищается и начинает заново. При p далеко от 0,5 и малом числе рядов куча кособокая, и нормальная кривая подходит плохо; с большим числом рядов снова получается колокол. Критерий хи-квадрат и его p-значение говорят, согласуется ли куча с биномиальным распределением, а графики во времени показывают, как выборочное среднее устанавливается по мере падения шариков.
  3. Переключитесь на сумму кубиков: один кубик даёт плоское распределение, два — треугольник, но уже к пяти-шести кубикам сумма принимает форму колокола — центральная предельная теорема. Бросайте настоящие кубики в Бросить кубики и находите среднее и стандартное отклонение своих данных в Калькуляторе стандартного отклонения.

Частые вопросы

Что такое доска Гальтона?

Доска со штырьками в шахматных рядах, придуманная Фрэнсисом Гальтоном в 1870-х годах, также называемая квинкунксом. Каждый шарик на каждом ряду выбирает лево или право, поэтому ячейка, куда он попадает, считает его отскоки вправо, и куча внизу следует биномиальному распределению. При многих рядах она похожа на нормальную кривую.

Почему шарики скапливаются в середине?

К средним ячейкам ведёт гораздо больше путей, чем к краям. При 12 рядах к крайней левой ячейке ведёт всего один путь — все влево, а к средней — 924 разных пути. При равных шансах каждый путь равновероятен, поэтому средняя ячейка получает в 924 раза больше шариков, чем крайняя: C(n, k) способов попасть в ячейку k.

Что такое центральная предельная теорема?

Сумма (или среднее) многих независимых случайных величин стремится к нормальному распределению, каким бы ни было распределение каждой, если у неё конечный разброс. Каждый штырёк — крошечный случайный шаг на плюс или минус один, а кубики по отдельности плоские, но и то и другое в сумме даёт колокол. Поэтому нормальное распределение так часто встречается в измерениях.

Сколько шариков нужно, чтобы куча выглядела правильно?

Случайный разброс в каждой ячейке примерно равен квадратному корню из её числа, поэтому ячейка, ожидающая 100 шариков, обычно отклоняется на 10 (10%), а ожидающая 10 000 — на 100 (1%). Несколько сотен шариков показывают форму; чтобы она выглядела гладкой, нужны тысячи. Для честной доски p-значение хи-квадрат может оказаться где угодно между 0 и 1, ниже 0,05 — примерно один раз из двадцати.

Пишет, что WebGL выключен.

Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.

Загружается ли что-нибудь?

Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.

Ещё симуляции по математике

Ещё научные симуляции

Симулятор движения тела, брошенного под угломСимулятор маятникаСимулятор опыта с двумя щелямиСимулятор электрического поляСимулятор орбитСимулятор пружинного маятникаСимулятор рассеяния РезерфордаСобытие в коллайдереСимулятор радиоактивного распадаСимулятор атома Бора3D-просмотр молекулСимулятор идеального газаСимулятор диффузии и осмосаПросмотр сворачивания ДНК и РНКСимулятор роста бактерийСимулятор центрифугиСимулятор линз и зеркалСимулятор стоячих волнСимулятор эффекта ДоплераСимулятор столкновений и импульсаСимулятор RC- и RL-цепейСимулятор заряженной частицы в магнитном полеСимулятор излучения абсолютно чёрного телаСимулятор специальной теории относительностиСимулятор преломления и полного внутреннего отраженияСимулятор последовательных и параллельных цепейСимулятор течения жидкости и закона БернуллиСимулятор электромагнитной индукцииСимулятор кривой титрованияСимулятор скорости реакции и теории столкновенийСимулятор химического равновесия (Ле Шателье)Симулятор гальванического элемента и электролизаСимулятор кривой нагревания и фазовых переходов3D-просмотр атомных орбиталейСимулятор буферовСимулятор хроматографииСимулятор спектрофотометра и закона Бугера — Ламберта — Бера3D-просмотр кристаллических решётокСимулятор ферментативной кинетикиСимулятор потенциала действияСимулятор ПЦРСимулятор естественного отбора и популяционной генетикиСимулятор сердца и сердечного циклаСимулятор гель-электрофорезаСимулятор митоза и мейозаСимулятор синтеза белка: транскрипция и трансляцияСимулятор фотосинтеза и лимитирующих факторовСимулятор популяций хищников и жертвСимулятор распространения эпидемии: SIR и SEIRСимулятор времён года и продолжительности дняСимулятор тектоники плит и землетрясенийСимулятор фаз Луны, приливов и затменийСимулятор парникового эффектаСимулятор эволюции звёзд и диаграммы Герцшпрунга — Рассела

Похожие калькуляторы и инструменты

Руководства