大数定律，概率论正式化的重要一步

一个常见的直觉是，进行更多次的实验会得出更准确的结果。这种直觉被称为大数定律。然而，这并不是常识。为什么我们学会了这种思考方式？我们又如何知道它是真的呢？

这个概念首先由杰罗拉莫-卡达诺（ Gerolamo Cardano）提出，他也因成为第一个认识负数的数学家而闻名。虽然他说统计学的准确性倾向于随着试验次数的增加而增加，但他从未证明这一理论。这一直觉慢慢被各种数学家证明和扩展，包括雅各布-伯努利、泊松、切比雪夫、马尔科夫等人。

大数定律是概率论正式化的第一个重要步骤之一。证明这一定律有赖于一些符号的发明。此后，它被分成两个版本：弱和强。

在本文中，我将讨论伯努利对二元变量使用的原始版本。二元变量是指只能有两个变量，如抛硬币。另一个常见的例子是从一个装有黑球和白球的罐子里取球（每次取完后我们都把球放回罐子里，这样概率就不会改变）。

值的

当我们研究二元分布时，通常将一个事件设为1，概率为p，将另一个事件设为0，概率为1-p。对于抛硬币，我们可以将正面设为1，概率p = 0.5。

再定义几个术语，然后我们就可以开始分析这种情况了。假设我们取了一个大小为n的样本（抛掷硬币n次）。如果我们把样本中每个元素的数量加起来，然后除以n，就可以得到我们的样本平均值，我们将其定义为μ(n)。

举个简单的例子，如果我们扔了10次硬币，得到4个正面（所以6个反面），那么μ（n）=0.4。每次我们取样，μ(n)都可能发生变化，因为这是一个非确定性的过程。

还有一个简单的术语需要定义！ 当我们取P（事件）时，这相当于该事件的概率。所以P（证明朝上）=0.5。

让我们直观地想一想大数定律对这种情况是怎么说的。当n（掷硬币的次数）变大时，我们期望μ（n）（样本平均值）接近p（0.5）。这是非常直接的，但我们如何正式说明这一直觉呢？

请注意，这句话并没有说到证明朝上的绝对数量，只是说到证明朝上相对于总掷硬币的数量。奇怪的是，当n变大时，我们预计正面和反面数量的绝对差异会随着sqrt(n)的增长而增长。

现在我们正式定义弱大数定律。对于二元变量，弱大数法则是这样的。对于任何ε>0。

• 二元变量的弱大数定律

这个表达式的符号很重，但我们可以把它分解。前面的极限只是表达了 "大数 "的部分：我们采取了一个非常大的样本量。我们有一个表达式P(f)=0的事实，意味着f没有发生的机会。我们这里的f是|μ(n)-p|>ε。由于ε>0并且我们有绝对值，f没有发生的机会这一事实意味着μ(n)和p之间的差异不会超过ε。

希望你能听懂这个解释。

尽管被称为弱版大数定律，但这是非常强大的。在统计学中知道任何绝对的东西都是很重要的，因为这个领域有很多内在的随机性。这是一种表达我们大多数人都知道的东西的正式方式：我们的样本越多，结果就越好。

让我们看看二项式变量的强大数定律是什么样子的。

• 
  二元变量的强大数定律

这是个更直接的说法。同样值得注意的是，强定律能得出定律，但反之则不成立，因此而得名。

对于非二元分布来说，这两个定律之间的差异更为明显。有些分布满足弱定律，但不满足强定律。明确说明和证明这两个定律对概率论来说是非常重要的。