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● 어느 도서관에  1,2,3 층 서가가 있다. 1층에 전체 도서의 50%, 2층에 25%, 3층에 25%의 책이 있다. 또한 각 서가에는 국내 서적과 외국 서적이 섞여 있는데, 1층에는 1층 도서 중 25%가 국내 서적, 2층에는 2층 도서 중 50%가, 3층에는 3층 전체 도서 중 75%가 국내 서적이다. 어느 한 권의 책을 무작위로 뽑아 보니 국내 서적이었다. 이 책이 2층 서가에서 나왔을 확률은? 

:

P(Ai) =  i층의 서가에서 나올 확률

P(B) =  국내 서적일 확률

P(A2/B) = P(A2∩B)/P(B) = P(A2∩B) / {P(A1∩B) + P(A2∩B) + P(A3∩B)   

              = P(A2)P(B/A2) / {P(A1)P(B/A1) + P(A2)(B/A2) +  P(A3)P(B/A3)} 

              = 25% x 50% / {50% x 25% + 25% x 50% + 25%x75%)} = 2/7

 

● 아래 벤다이어그램은  서울에서 지난 10년간 겨울철에 발생한 강수 평태를 표시한 것이다. 서울에서 겨울철에 강수가 바생할 때 눈이 올 확률은?

무강수 600일 비 120일
눈 180일

답: 강수가 발생했을 때 눈이 올 확률 = 눈일수/(강수(눈+비) 일수) =180/300 = 0.6

 

 

크립토 행성을 탈출하여 지구로 날아오는 슈퍼맨의 우주선을 생각해 보자. 이 우주선은 지구 궤도로 들어와 지상으로 자유 낙하하였는데 낙하 가능 지점은 3개의 지역이 있다고 하고 각 지역에 낙하할 확률은 동일한 것으로 간주하자. 이 때, 1-αi (i=1,2,3)을 낙하한 우주선이 실제 i지역에 있을 때 i 지역에서 발견할 확률이라고 하면,  1지역에서 찾지 못했다는 조건 하에 우주선이 실제로는 1번째 지역에 있었을 확률을 구하시오.

 

답: 1-αi 답: 이 실제 i지역에 있을 때 i지역에서 발견할 확률이므로, 우주선이 1지역에 있을 때 1지역에서 발견하지 못할 확률은 1-(1-α1) = α1 이다. 우주선이 실제 i지역에 있을 사상을 Ri (i=1,2,3)이라고 하고 1지역에서 우주선을 찾지 못할 사상을 N라고 하면 구하고자 하는 조건부확률은 다음과 같다. 

P(R1|N) = P(N∩R1)/P(N) = P(N|R1)P(R1) / ∑P(N|Ri)P(Ri) = (α1x 1/3) /  { α1x 1/3 + 1x1/3 + 1x1/3} = α1 /(α1 + 2)

● 모 상품의 시장 조사 결과는 다음과 같다. 임의의 한 응답자를 선택했을 때 그 사람이  SNS 광고를 시청했을 경우 상품을 구입할 조건부 확률은 얼마인가? 

  SNS 광고 시청했음 SNS 광고 시청하지 않았음
상품 구입함 40 60
상품 구매하지 않음 60 40

답: P(상품구입함|SNS광고시청함) = 40/100 = 0.4

 

 

● 미국 여성의 10%는 폐암에 걸린다고 한다. 폐암에 걸린 여성 중 80%가 흡연자인 반면 폐암에 걸리지 않은 여성 중 40%가 흡연자라고 한다. 어떤 흡연 여성이 폐암에 걸릴 확률은  몇 %인가? 

답: 베이즈 공식이용

폐암(O) 10% => 흡연 80%  비흡연 20%

폐암(X) 90% => 흡연 40% 비흡연 60%

따라서,  P(폐암|흡연여성)= 0.1x0.8 / (0.1x0.8 + 0.9x0.4) = 0.1818 = 18.18%

 

 

● P 대학교 전체 남녀 비율은 여자가 60%이고 여자이면서 머리에 염색을 한 학생의 비율은 30%이다. 여학생 한 명을 선택할 때 그 학생이 머리 염색을 하였을 확률은?

답: 조건부 확률 계산하면 P(염색|여자)=0.3/0.6=0.5

 

 

● 코로나 항체 반응검사에서 코로나에 걸린 사람들 중에서 95%가 (+)반응을 보이고 코로나에 걸리지 않은 사람도 1%의 (+)반응을 나타낸다고 한다. 전 국민 중에서 1%의 사람들이 코로나에 감염되었다고 할 때 코로나 반응검사에서 양성반을을 나타낸 사람이 실제로 코로나에 걸렸을 확률은?

답: 베이즈공식 사용하면, 0.01x0.95 / {(0.01x0.95)+(0.99x0.01)} = 0.4896=95/194 

 

 

 

● 어느 지역 주민의 3%가 집단 감염에 걸렸다고 한다. 이 병에 대한 진단방법에 따르면 감염자의 95%가 양성반응을 나머지 5%가 음성반응을 나타내며 비감염자의 10%가 양성반응을 90%가 음성반을을 나타낸다고 한다. 주민 중 한 사람을 임의로 검진한 결과 양성반응을 보였다면 이 사람이 병에 감염되어 있을 확률을 %로 구하시오. 

답: 베이즈 공식 사용, 0.03 x 0.95 / {(0.03x0.95)+(0.97x0.1)} = 22.7%

 

 

● 중고 시장에서 거래되는 골동품의 20%가 모조품이라고 알려져 있다. 골동품 감정사들이 진품을 진품으로 평가할 확률은 85%이고, 모조품을 진품으로 감정할 확률은 15%이다. 감정사가 진품이라고 감정한 그림을 어떤 고객이 구매했을 경우, 그 구매한 골동품이 진품일 확률을 구하고 소수 첫째자리까지 %로 나타내시오.

답: 베이즈 공식을 사용하여 95.8%

 

 

 

● 어떤 상자 속에 백색 2개 적색 3개 흑색 5개 모두 10개의 구슬이 들어있다. 이 상자에서 임의로 구슬 3개를 꺼내는 경우, 백색 2개 흑색 1개의 구슬이 나올 확률은?

답: 무작위 비복원추출을 이용하여,  2C2 x 5C1 / 10C3 = 1/24

 

 

 

● L회사의 제품 X에 대한 구매의사를 총 100명(남자 40명 여자 60명)을 상대로 조사하였다. 그 결과 구매의사를 가진 남자는 20% 여자는 50%이었다. 100명 중 임의로 한 사람을 선택했을 경우 여자이면서 구매의사를 가질 확률은?

답: 조건부 확률식을 이용하여 P(구매찬성|여자) = 0.5x0.6 / 0.6= 0.5

 

● 어떤 나라 국민들 중 왼손잡이의 비율이 남자가 2% 여자가 1%라 한다. 남학생 비율이 60%인 어느 학교에서 왼손잡이 학생을 선택했을 때 이 학생이 남자일 확률은? 

답: 베이즈 공식을 이용하여, 75%

 

 

● 나라장터 조사팀은 기상관측기기 X 에 대한 구매의사를 조사하였다. 국가기관40개와 민간 60개 모두 100개 기관을 대상으로 조사한 결과, 구매의사를 보인 기관은 20%, 민간은 50%이었다. 100개 기관 중 임의로 한 기관을 선정하였을 때, 민간인 조건하에서 구매에 찬성할 확률은?

답: P(구매신청 | 민간) = P(구매신청 ∩ 민간) / P(민간) = 0.5 x 0.6 / 0.6 = 0.5

 

 

● P(A) =0.3, P(A|B)=0.25, P(Ac∩Bc) = 0.4 일때, P(B|A)는 ?

답:

P(Ac∩Bc) = P(A∪B)c = 1-P(A∪B)=0.4

P(A|B)=P(A∩B)/P(B) = 0.25이므로, P(A∩B)=0.25P(B)

P(A∪B) = P(A) + P(B) - P(A∩B) = 0.3 + P(B) -0.25P(B) = 0.3 + 0.75P(B) = 0.6 이므로

P(B)=0.4

P(B|A) = P(A∩B)/P(A) = 0.25 x 0.4 / 0.3

 

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1. 전확률 또는 총확률 공식(formula of total probability)

P(Ai) > 0인 사건 A1, A2, …, An표본공간 S의 분할이라 하자. 그러면 임의의

사건 B에 대하여 다음이 성립한다.

 

2. 베이즈 정리 (Bayes’ Theorem)

 

P(Ai) > 0인 표본공간 S의 분할 A1, A2, …, An 대하여, P(B) > 0인 사건 B가 주어졌다는 조건 아래서 사건 Ai 의 조건부 확률은 다음과 같다.

따라서 전확률 공식에 의해 다음을 얻는다. 이 공식을 베이즈 정리라고 한다. 

• 베이즈 정리는 데이터라는 조건이 주어졌을 때의 조건부확률을 구하는 공식
• 베이즈 정리를 쓰면 데이터가 주어지기 전의 사전확률값이 데이터가 주어지면서 어떻게 변하는지 계산 가능
• 따라서 데이터가 주어지기 전에 이미 어느 정도 확률값을 예측하고 있을 때 이를 새로 수집한 데이터와 합쳐서 최종 결과에 반영할 수 있다.
• 데이터의 개수가 부족한 경우 매우 유용
• 데이터를 매일 추가적으로 얻는 상황에서도 매일 전체 데이터를 대상으로 새로 분석작업을 할 필요없이, 어제 분석결과에 오늘 들어온 데이터를 합쳐서 업데이트만 하면 되므로 유용하게 활용가능

 

 

3. 확률나무

확률나무 이론을 이용하면 베이스 정리 이론을 단순화 시킬 수 있다.

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1. 크립토 행성을 탈출하여 지구로 날아오는 슈퍼맨의 우주선을 생각해 보자. 이 우주선은 지구 궤도로 들어와 지상으로 자유 낙하하였는데 낙하 가능 지점은 3개의 지역이 있다고 하고 각 지역에 낙하할 확률은 동일한 것으로 간주하자. 이 때, 1-αi (i=1,2,3)을 낙하한 우주선이 실제 i지역에 있을 때 i 지역에서 발견할 확률이라고 하면,  1지역에서 찾지 못했다는 조건 하에 우주선이 실제로는 1번째 지역에 있었을 확률을 구하시오.

 

답: 1-αi 답: 이 실제 i지역에 있을 때 i지역에서 발견할 확률이므로, 우주선이 1지역에 있을 때 1지역에서 발견하지 못할 확률은 1-(1-α1) = α1 이다. 우주선이 실제 i지역에 있을 사상을 Ri (i=1,2,3)이라고 하고 1지역에서 우주선을 찾지 못할 사상을 N라고 하면 구하고자 하는 조건부확률은 다음과 같다. 

P(R1|N) = P(N∩R1)/P(N) = P(N|R1)P(R1) / ∑P(N|Ri)P(Ri) = (α1x 1/3) /  { α1x 1/3 + 1x1/3 + 1x1/3} = α1 /(α1 + 2)

 

 

2. 모 상품의 시장 조사 결과는 다음과 같다. 임의의 한 응답자를 선택했을 때 그 사람이  SNS 광고를 시청했을 경우 상품을 구입할 조건부 확률은 얼마인가? 

  SNS 광고 시청했음 SNS 광고 시청하지 않았음
상품 구입함 40 60
상품 구매하지 않음 60 40

답: P(상품구입함|SNS광고시청함) = 40/100 = 0.4

 

 

3. 미국 여성의 10%는 폐암에 걸린다고 한다. 폐암에 걸린 여성 중 80%가 흡연자인 반면 폐암에 걸리지 않은 여성 중 40%가 흡연자라고 한다. 어떤 흡연 여성이 폐암에 걸릴 확률은  몇 %인가? 

답: 베이즈 공식이용

폐암(O) 10% => 흡연 80%  비흡연 20%

폐암(X) 90% => 흡연 40% 비흡연 60%

따라서,  P(폐암|흡연여성)= 0.1x0.8 / (0.1x0.8 + 0.9x0.4) = 0.1818 = 18.18%

 

 

4. P 대학교 전체 남녀 비율은 여자가 60%이고 여자이면서 머리에 염색을 한 학생의 비율은 30%이다. 여학생 한 명을 선택할 때 그 학생이 머리 염색을 하였을 확률은?

답: 조건부 확률 계산하면 P(염색|여자)=0.3/0.6=0.5

 

 

5.코로나 항체 반응검사에서 코로나에 걸린 사람들 중에서 95%가 (+)반응을 보이고 코로나에 걸리지 않은 사람도 1%의 (+)반응을 나타낸다고 한다. 전 국민 중에서 1%의 사람들이 코로나에 감염되었다고 할 때 코로나 반응검사에서 양성반을을 나타낸 사람이 실제로 코로나에 걸렸을 확률은?

답: 베이즈공식 사용하면, 0.01x0.95 / {(0.01x0.95)+(0.99x0.01)} = 0.4896=95/194 

 

 

 

6. 어느 지역 주민의 3%가 집단 감염에 걸렸다고 한다. 이 병에 대한 진단방법에 따르면 감염자의 95%가 양성반응을 나머지 5%가 음성반응을 나타내며 비감염자의 10%가 양성반응을 90%가 음성반을을 나타낸다고 한다. 주민 중 한 사람을 임의로 검진한 결과 양성반응을 보였다면 이 사람이 병에 감염되어 있을 확률을 %로 구하시오. 

답: 베이즈 공식 사용, 0.03 x 0.95 / {(0.03x0.95)+(0.97x0.1)} = 22.7%

 

 

7. 중고 시장에서 거래되는 골동품의 20%가 모조품이라고 알려져 있다. 골동품 감정사들이 진품을 진품으로 평가할 확률은 85%이고, 모조품을 진품으로 감정할 확률은 15%이다. 감정사가 진품이라고 감정한 그림을 어떤 고객이 구매했을 경우, 그 구매한 골동품이 진품일 확률을 구하고 소수 첫째자리까지 %로 나타내시오.

답: 베이즈 공식을 사용하여 95.8%

 

 

 

8. 어떤 상자 속에 백색 2개 적색 3개 흑색 5개 모두 10개의 구슬이 들어있다. 이 상자에서 임의로 구슬 3개를 꺼내는 경우, 백색 2개 흑색 1개의 구슬이 나올 확률은?

답: 무작위 비복원추출을 이용하여,  2C2 x 5C1 / 10C3 = 1/24

 

 

 

9. L회사의 제품 X에 대한 구매의사를 총 100명(남자 40명 여자 60명)을 상대로 조사하였다. 그 결과 구매의사를 가진 남자는 20% 여자는 50%이었다. 100명 중 임의로 한 사람을 선택했을 경우 여자이면서 구매의사를 가질 확률은?

답: 조건부 확률식을 이용하여 P(구매찬성|여자) = 0.5x0.6 / 0.6= 0.5

 

10. 어떤 나라 국민들 중 왼손잡이의 비율이 남자가 2% 여자가 1%라 한다. 남학생 비율이 60%인 어느 학교에서 왼손잡이 학생을 선택했을 때 이 학생이 남자일 확률은? 

답: 베이즈 공식을 이용하여, 75%

 

 

11. 나라장터 조사팀은 기상관측기기 X 에 대한 구매의사를 조사하였다. 국가기관40개와 민간 60개 모두 100개 기관을 대상으로 조사한 결과, 구매의사를 보인 기관은 20%, 민간은 50%이었다. 100개 기관 중 임의로 한 기관을 선정하였을 때, 민간인 조건하에서 구매에 찬성할 확률은?

답: P(구매신청 | 민간) = P(구매신청 ∩ 민간) / P(민간) = 0.5 x 0.6 / 0.6 = 0.5

 

 

12. P(A) =0.3, P(A|B)=0.25, P(Ac∩Bc) = 0.4 일때, P(B|A)는 ?

답:

P(Ac∩Bc) = P(A∪B)c = 1-P(A∪B)=0.4

P(A|B)=P(A∩B)/P(B) = 0.25이므로, P(A∩B)=0.25P(B)

P(A∪B) = P(A) + P(B) - P(A∩B) = 0.3 + P(B) -0.25P(B) = 0.3 + 0.75P(B) = 0.6 이므로

P(B)=0.4

P(B|A) = P(A∩B)/P(A) = 0.25 x 0.4 / 0.3

 

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1. 조건부 확률

 어떤 사건 B가 일어났다는 조건하에 (또는 정보 B를 안다는 가정하에서) 사건 A의 확률을 생각할 때, 그 확률을 A의 조건부 확률(conditional probability) 이라 부르고 P(A|B)로 표현한다. 계산식은 아래와 같다.

2. 독립 사상

-서로 독립이 아닌 두 사건은 서로 종속(dependent)라고 한
-P(A|B) > P(A)인 경우: B A에 양의 연관성 (positive association)
-P(A|B) < P(A)인 경우: B A에 음의 연관성 (negative association).

 

3. 승법정리(multiplicative rule) 또는 곱의 규칙

조건부 확률의 응용으로서 곱사건의 확률공식인 승법정리를 얻을 수 있다.

4. 독립 사건

독립 사건(independent events): P(A) > 0 또는 P(B) > 0일 때 사건 A 발생여부가 사건 B의 발생에 영향을 미치지 않는 경우, 즉 다음을 만족하는 두 사건을 독립이라 한다.

P(A|B) = P(A)  또는  P(B|A) = P(B)

 

 

 

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● 미국 NASCAR 자동차 경주에서 A가 이길 확률이 1/7, B는 A의 2배, C는 B의 2배일 때, C가 이길 확률은?

답: 1/7 x 2 x 2 = 4/7

 

 

● 파란구슬 5개, 빨간구슬 4개 노란구슬 3개가 들어있는 상자가 있다. 이 구슬들 중에서 임의로 1개의 구슬을 꺼낼 때 빨간구슬일 확률은?

답: 4C1/12C1 = 4/12= 1/3

 

 

● 모조품 4개와 진품 3개가 섞여 있는 상자에서 2개의 제품을 비복원으로 추출할 때, 모조품이 적어도 1개일 확률은?

답: 여확률을 사용하여, 1-(3C2/7C2) = 1-1/7 = 6/7

 

 

● 사상 A와 B가 발생할 확률이 각각 0.5, 0.6이라고 하자. A또는 B가 발생할 확률이 0.8일 때, 사상 A와 B가 동시에 일어날 확률은?

답: 교사건 확률을 구하면 P(A∩B)=P(A)+P(B)-P(A∪B)=0.5+0.6-0.8= 0.3

 

 

● 어떤 상자 속에 백색 2개 적색 3개 흑색 5개 모두 10개의 구슬이 들어있다. 이 상자에서 임의로 구슬 3개를 꺼내는 경우, 백색 2개 흑색 1개의 구슬이 나올 확률은?

답: 무작위 비복원추출을 이용하여,  2C2 x 5C1 / 10C3 = 1/24

 

 

 

 

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1. 확률의 정의 

주관적 확률(subjective probability) : 주어진 사건의 발생 가능성(, 확률)을 분석자의 경험과 지혜에 의해 정하는 과정

상대도수 확률(probability as a relative frequency) : 어떤 사건의 확률을 상대도수로서 정하는 방법

 

등확률 모형으로부터의 확률

: 등확률 모형이라는 수학적 모델로부터 확률을 정하는 방법

표본공간  S  원소가 n개일 때 등확률 모형에서는 n개의 근원사건이 일어날 확률이 모두 1/n 이라고 가정

통계적 확률

시행을 n번 반복하여 사건 A가 일어난 횟수를 rn  이라 할때, n  한없이 크게함에 따라 상대도 rn/n   정한 값 p 까워지면 p를 사건 A 통계적 확률이라고 한다.

영역 S에서 임의로 잡은 점이 영역 A에 속할 

공리적 확률 (axiomatic probability)

현대적인 확률로서의 완벽한 이론체계 (러시아 수학자 콜모고로프(A. N. Kolmogorov)
표본공간 S 의 부분집합인 사건 A에 대하여 다음의 세 공리를 만족시키는  P(A)  A  (공리적)확률이라 한다.
유한 가법성 : 위 조건 은 유한개의 서로 배반인 사건에 대한 성질로 확장할 수 있는데, 이를 유한 가법성(finite additivity)이라 부른다.

2. 확률의 성질

 

확률의 단조성

두 사건 A B사이에 A⊂B 일때, 사건 A가 일어나면 B는 반드시 일어나므로 P(A) ≤ P(B) 가 성립하는데,  이 확률의 단조성(monotonicity) 이라 한다.
공리적 확률의 정의에 따르면 주어진 사건의 확률을 구할 때, 서로 배반의 사건들로 나누어 유한가법성에 의해 그 확률을 구할 수 있다. 예를 들어  A B의 확률을 각각 아래와 같이 표현할 수 있다. 

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어느 도시의 오전 10시 평균 기온을 구하기 위하여 5개 기상관측소를 무작위로 선택하여 아래 자료를 추출하였다. 아래 물음에 답하시오. 측정한 섭씨기온 (Xi)와 화씨기온(Yi) 사이에 Yi = 9/5 Xi + 32 라는 관계가 있다. 

관측소  X1 X2 X3 X4 X5
기온 (℃) 2 5 3 3 2

(1)  Yi의 산술 평균을 구하시오. 

답: 37.4 ℉

(2) Yi의 표본분산을 구하시오. 

답: 4.86 ℉

 

 

 

 

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