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topico8 03 processos estoscásticos

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EA932 - Prof. Von Zuben 
DCA/FEEC/Unicamp 
Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 1
Fundamentos para Processos Estocásticos 
1 O papel da estatística na engenharia e na ciência 
As teorias científicas lidam com conceitos, não com a realidade. Embora elas 
sejam formuladas para corresponder à realidade, esta correspondência é 
aproximada e a justificativa para todas as conclusões teóricas é baseada em 
alguma forma de raciocínio indutivo. 
Athanasios Papoulis 
• métodos estatísticos fornecem ferramentas importantes para a engenharia, com 
teor descritivo e analítico para operar com a variabilidade presente nos dados 
observados. 
• a estatística lida com a coleta, apresentação, análise e uso de dados em 
tomada de decisão e na solução de problemas. 
EA932 - Prof. Von Zuben 
DCA/FEEC/Unicamp 
Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 2
• um estatístico usa as leis fundamentais da probabilidade e da inferência 
estatística para elaborar conclusões acerca de determinado experimento. 
• objetivo: descrever e modelar a variabilidade e tomar decisões na presença de 
variabilidade (inferência estatística). 
• fundamento: o modelo deve possuir ao menos um elemento intrinsecamente 
aleatório. 
• a variabilidade é resultante de mudanças nas condições sob as quais as 
observações são feitas, de características do sistema de medidas e do processo 
de amostragem. 
• Exemplo: amostras de ganho de um transistor 
5.10 / 5.24 / 5.13 / 5.19 / 5.08 
! a informação contida nas amostras demonstra de forma conclusiva que o 
ganho do transistor é menor que 5.50? 
! quanta confiança pode se ter de que o ganho no transistor está contido no 
intervalo [5.00, 5.30]? 
EA932 - Prof. Von Zuben 
DCA/FEEC/Unicamp 
Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 3
• estatística inferencial × estatística descritiva 
• estatística inferencial: estimação pontual de parâmetros, estimação de 
intervalos de confiança, teste de hipóteses. 
• estatística descritiva: aplicação de métodos gráficos e numéricos na 
organização e apresentação da informação em uma forma sucinta. 
2 Probabilidade 
• a probabilidade é a linguagem empregada na fundamentação matemática da 
inferência estatística. Trata-se de uma disciplina exata e desenvolvida a partir 
de um encadeamento lógico de deduções a partir de um conjunto de axiomas 
claramente definidos. 
• há uma óbvia quebra de continuidade entre os elementos de probabilidade 
apresentados em cursos introdutórios e os conceitos sofisticados necessários 
nas aplicações do dia-a-dia. 
EA932 - Prof. Von Zuben 
DCA/FEEC/Unicamp 
Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 4
• o importante é observar que, quando se aplica a teoria de probabilidade ao 
mundo real, ela se mostra eficaz. 
• Exemplo 1: as raízes da teoria de probabilidade estão associadas aos jogos de 
azar, em Monte Carlo, no século 17. 
• Exemplo 2: parte do sucesso da indústria japonesa é atribuída ao emprego de 
métodos estatísticos na produção, gerenciamento e planejamento (não apenas 
gerar relatórios, mas extrair conclusões ou inferências). 
• Exemplo 3: Prévia Eleitoral (procedimento sistemático para elaboração do 
experimento e coleta de dados) 
coleção de todos os indivíduos (população) 
↓ 
processo de amostragem 
↓ 
inferência sobre toda a população 
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DCA/FEEC/Unicamp 
Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 5
2.1 Os conceitos de experimento, espaço amostral e evento 
• experimento é o termo utilizado para indicar a realização de algo, ou a 
observação de algo, que acontece sob certas condições, levando a um 
resultado. 
• ocasionalmente, a natureza de um experimento faz com que o seu resultado 
seja definido unicamente pelas condições nas quais o experimento é realizado. 
• na prática, todavia, observa-se que muitos experimentos não apresentam a 
propriedade de repetitividade, mesmo sob condições supostamente idênticas. 
• este é o caso quando existem fatores que influenciam o resultado, mas que não 
são de conhecimento do experimentador ou que o experimentador não pode 
controlar e, também, quando os fatores que supostamente estão sob controle, 
na verdade não estão. 
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DCA/FEEC/Unicamp 
Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 6
• o resultado não pode, então, ser predito a partir do conhecimento das 
“condições” sob as quais o experimento foi realizado. Neste caso, fala-se do 
experimento como sendo um “experimento envolvendo o acaso” ou, 
simplesmente, “experimento aleatório”. 
• devido à imprevisibilidade ou ao elemento do acaso no experimento, o tipo de 
modelo matemático usual envolvendo equações determinísticas é inadequado 
e um novo tipo de estrutura matemática é necessário para representar os 
fenômenos de interesse, denominados processos estocásticos. 
• uma vez que o resultado do experimento não é previsível, ele vai ser um 
dentre os muitos resultados possíveis. 
• o espaço amostral de um experimento aleatório é o conjunto de todos os 
resultados possíveis do experimento, sendo geralmente denotado por S. 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 7
• normalmente, é interessante focalizar a atenção em subconjuntos do espaço 
amostral S. Para tanto, define-se um evento como qualquer subconjunto E do 
espaço amostral S (E ⊂ S). 
2.2 Axiomas de probabilidade 
• o ingrediente principal do modelo matemático de um experimento aleatório é 
a noção de probabilidade, a qual formaliza o conceito de que alguns eventos 
são mais verossímeis do que outros, em termos de suas freqüências de 
ocorrência relativas. 
• os axiomas de probabilidade permitem a manipulação de combinações de 
eventos (eventos compostos); 
• seja S um espaço amostral, seja ε uma classe que comporta todos os possíveis 
eventos em S, e seja P uma função de valores reais definida em ε. Então P é 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 8
denominada de função de probabilidade e EP é denominada de 
probabilidade de E se os seguintes axiomas forem válidos: 
Axioma 1: Para todo evento E, 10 ≤≤ EP . 
O axioma 1 determina que a probabilidade de que o resultado de um 
experimento é um ponto em E é algum número entre 0 e 1. 
Axioma 2: 1=SP . 
O axioma 2 determina que, com probabilidade igual a 1, o resultado será um 
ponto no espaço amostral S. 
Axioma 3: Para qualquer seqüência de eventos mutuamente exclusivos K,, 21 EE 
(isto é, eventos para os quais ∅=∩ ji EE quando ji ≠ ), 
∑
∞
=
∞
=
=
11 i
i
i
i EPEP U 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 9
• algumas proposições simples podem ser deduzidas a partir dos axiomas 
enumerados acima: 
Proposição 1: Dado que E e Ec são eventos sempre mutuamente exclusivos e, 
visto que SEE c =∪ , pelos Axiomas 1 e 2 temos que: 
cc EPEPEEPSP +=∪==1 . 
• de forma equivalente, a equação acima pode ser escrita como: 
EPEP c −= 1 . 
• em palavras, a proposição 1 afirma que a probabilidade de um evento não 
ocorrer é igual a 1 menos a probabilidade do evento ocorrer. 
Proposição 2: 
FEPFPEPFEP ∩−+=∪ . 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 10
• para deduzir a fórmula para FEP ∪ é necessário lembrar que )( FE∪ pode 
ser escrito como a união de dois eventos disjuntos E e )( FE c ∩ . Assim, 
utilizando o Axioma 3, temos que: 
FEPEP
FEEPFEP
c
c
∩+=
∩∪=∪ )(
 
• além disto, como )()( FEFEF c ∩∪∩= , obtemos pelo Axioma 3 que: 
FEPFEPFP c ∩+∩= 
• ou, de forma equivalente: 
FEPFPFEP c ∩−=∩ , 
completandoassim a prova de que 
FEPFPEPFEP ∩−+=∪ . 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 11
• esta proposição pode também ser demonstrada utilizando o diagrama de Venn 
mostrado abaixo. 
S
II IIII
FE
 
• as divisões no diagrama mostram três seções mutuamente exclusivas. Em 
palavras, a seção I representa todos os pontos em E que não estão em F (isto é, 
cFE ∩ ); a seção II representa todos os pontos que estão tanto em E quanto 
em F (isto é, FE ∩ ), e a seção III representa todos os pontos em F que não 
estão em E (isto é, FE c ∩ ). 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 12
• do diagrama de Venn, observamos que: 
IIIII
III
IIIIII
∪=
∪=
∪∪=∪
F
E
FE
 
• como I, II e III são mutuamente exclusivos, temos pelo Axioma 3 que: 
IIIII
III
IIIIII
PPFP
PPEP
PPPFEP
+=
+=
++=∪
 
• mostrando que 
IIPFPEPFEP −+=∪ . 
• visto que FE ∩=II , temos então: 
FEPFPEPFEP ∩−+=∪ , 
que é conhecida como a lei de adição de probabilidades. 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 13
• em palavras, pode ser expressa como: 
A probabilidade do evento E ou do evento F ocorrer é a soma de 
suas probabilidades em separado menos a probabilidade de ambos 
ocorrerem. No caso dos eventos E e F serem mutuamente 
exclusivos, eles não terão pontos em comum e, portanto, 
0=∩ FEP . Neste caso, FPEPFEP +=∪ , como já 
indicado pelo axioma 3. 
 
 
• maiores detalhes sobre definições, axiomas, e exemplos envolvendo teoria de 
probabilidade → consultar material de apoio (PAPOULIS, 1991, caps. 1 e 2) 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 14
3 O conceito de variável aleatória 
• ao se arremessar um dado, é sabido que o valor ξ da face que ficar para cima 
vai ser um número entre 1 e 6, mas não é possível predizer este valor. 
• quando uma lâmpada entra em operação, o seu tempo de vida ξ também não 
pode ser predito. 
• nestes dois casos, ξ é uma variável aleatória ou estocástica. 
• ‘arremesso de dado’ e ‘lâmpada em operação’ são experimentos. 
• o conjunto {1, 2, 3, 4, 5, 6} e o intervalo real de unidades de tempo [0, +∞) 
são os espaços amostrais correspondentes. 
• são eventos: 
# número par na face que ficou para cima: E = {2, 4, 6}; 
# lâmpada com tempo de vida inferior a 400 unidades de tempo: 
E = [0, 400). 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 15
• logo, uma variável aleatória é uma função que aloca um ponto do espaço 
amostral a cada resultado de um experimento aleatório. Dito de outro modo, 
uma variável aleatória é uma função associada a um experimento, sendo que a 
realização do experimento leva esta variável a assumir um valor dependente 
do acaso, mas pertencente ao respectivo espaço amostral. 
• cada vez que um experimento é realizado, o resultado obtido indica a 
ocorrência ou não de um determinado evento (subconjunto do espaço 
amostral). 
• Formalização do conceito: Uma variável aleatória ξ é uma função com as 
seguintes propriedades: 
# ξ assume valores no espaço amostral S de um experimento; 
# para todo evento E ⊂ S, a probabilidade de que ξ assuma um valor x ∈ E 
após a realização do experimento, dada por P〈x ∈ E〉 = P〈E〉, é bem 
definida (embora possa ser desconhecida). 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 16
• como o evento pode ser qualquer, é possível considerar eventos do tipo: E ≡ x, 
onde x ∈ S. Logo, temos que, para todo x ∈ S, a probabilidade de que ξ valha 
x após a realização do experimento, dada por P〈ξ = x〉 = P〈x〉, é bem definida. 
• dado que as probabilidades mencionadas acima são bem definidas, para toda 
variável aleatória, então é sempre possível obter uma função distribuição de 
probabilidade definida em todo o espaço amostral. Geralmente, se emprega a 
função distribuição cumulativa de probabilidade. Para tal, seja x ∈ S e suponha 
que E(z) = {x | x ≤ z}. Então, a função distribuição cumulativa de 
probabilidade associada à variável aleatória ξ é dada na forma: 
zxxPzEPzExPzF ≤==∈=ξ |)()()( 
• apesar desta definição de função distribuição de probabilidade ser muito 
genérica (atende a qualquer tipo de variável aleatória), apenas uma quantidade 
reduzida de tipos de distribuição são verificados em aplicações práticas. 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 17
• neste ponto do texto, o mais importante é dividir estes poucos tipos em duas 
classes: 
1. distribuições discretas: ocorrem em experimentos que requerem 
contagem. Exemplos: pessoas com menos de 30 anos, mortes por câncer, 
produtos com defeito. 
2. distribuições contínuas: ocorrem em experimentos que requerem 
medidas. Exemplos: tensão elétrica, pressão sangüínea, vazão de rio. 
• para cada uma das duas classes, a respectiva função distribuição de 
probabilidade )(⋅ξF terá sempre associada a si: 
# uma função massa de probabilidade )(⋅ξf , no caso discreto; 
# uma função densidade de probabilidade )(⋅ξf , no caso contínuo. 
• deste modo, o conhecimento do comportamento de uma das funções, )(⋅ξF ou 
)(⋅ξf , em todo o espaço amostral já é suficiente para se obter a outra função. 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 18
3.1 Distribuições e variáveis aleatórias discretas 
• uma variável aleatória ξ e sua distribuição de probabilidade são discretas se o 
espaço amostral (onde ξ assume valores) contém apenas um número finito de 
elementos ou um número infinito, mas contável, de elementos. 
• neste caso, a função massa de probabilidade assume a forma: 


 ==
=ξ
alhures0
...),2,1( se)( jxzpzf jj 
e a correspondente função distribuição de probabilidade é dada por: 
∑ ∑
≤ ≤
ξξ ==
zx
j
zx
j
jj
j j
pxfzF
 que tal
 
 que tal
 
)()( 
onde xj, j=1,2,..., são os elementos do espaço amostral. 
• Exemplo: no caso de um dado não-viciado, a variável aleatória ξ, 
representando a face que ficar para cima após o arremesso do dado, tem as 
seguintes funções massa e distribuição de probabilidade: 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 19
f ξ ( z )
1 3 4 5 62
1
6
F ξ ( z )
z1 3 4 5 62
1
2
1
z
 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 20
• em muitas aplicações, existe o interesse em medidas de probabilidade do tipo 
rq xxP ≤ξ< , ou seja, a probabilidade de que ξ assuma qualquer valor no 
intervalo rq xxx ≤< , onde xq e xr não precisam necessariamente ser 
elementos de S. Da definição zxxPzF ≤=ξ |)( de função distribuição de 
probabilidade, fica evidente que: 
)()( qrrq xFxFxxP ξξ −=≤ξ< . 
• como a variável aleatória ξ é discreta, resulta: 
∑
≤<
=≤ξ<
rjq xxx
j
jrq pxxP
 que tal
 
. 
• uma conseqüência direta é o resultado a seguir: 
1
 que tal
 
=∑
∈Sx
j
j
j
p 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 21
3.2 Distribuições e variáveis aleatórias contínuas 
• uma variável aleatória ξ e sua distribuição de probabilidade são contínuas se o 
espaço amostral (onde ξ assume valores) contém um número infinito e 
incontável de elementos. 
• neste caso, valem as seguintes relações entre as funções distribuição )(⋅ξF e 
densidade )(⋅ξf de probabilidade: 
dz
zdF
zf )()( ξξ = e ∫
∞−
ξξ =≤=
z dxxfzxxPzF)(|)( 
• como no caso discreto, existe o interesse em medidas de probabilidade do tipo 
rq xxP ≤ξ< , ou seja, a probabilidade de que ξ assuma qualquer valor no 
intervalo rq xxx ≤< , onde xq e xr não precisam necessariamente ser 
elementos de S. Da definição zxxPzF ≤=ξ |)( de função distribuição de 
probabilidade, fica evidente que: 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 22
)()( qrrq xFxFxxP ξξ −=≤ξ< . 
• para uma variável aleatória ξ contínua, resulta: 
∫ ξ=≤ξ< r
q
x
xrq
dxxfxxP )( . 
• uma conseqüência direta é o resultado a seguir: 
1)( =∫
∞+
∞−
ξ dxxf 
• Exemplo: uma variável aleatória ξ com distribuição normal tem as seguintes 
funções densidade e distribuição de probabilidade: 
fξ(z)
z
F ξ(z)
z
 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 23
3.3 Exemplos de funções densidade de probabilidade 
• normal: uma variável aleatória contínua é chamada normal ou gaussiana se 
sua densidade de probabilidade pode ser expressa na forma: 
2
2
2
)(
2
1)( σ
η−−
πσ
=
z
ezf 
• uniforme: uma variável aleatória contínua é chamada uniforme no intervalo 
[x1,x2] se sua densidade de probabilidade pode ser expressa na forma: 



 ≤≤
−=
alhures0
 se
1
)( 2112
xzx
xxzf 
• binomial: uma variável aleatória discreta tem uma distribuição binomial de 
ordem n se sua densidade de probabilidade pode ser expressa na forma: 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 24
∑
=
−
−δ





=
n
k
knk kzqp
k
n
zf
0
)()( 
• Exemplos: sabendo que a probabilidade de um evento A ocorrer em um dado 
experimento é p, a probabilidade deste evento A ocorrer k vezes em n ≥ k 
experimentos (sob as mesmas condições) é dada por: 
( ) knk pp
k
n
kAP −−





= 1 vezesocorrer 
e a probabilidade deste evento A ocorrer até k vezes em n ≥ k experimentos 
(sob as mesmas condições) é dada por: 
( )∑
=
−
−





=
k
r
rnr pp
r
n
kAP
0
1 vezes atéocorrer 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 25
3.4 Média e variância da distribuição 
• a função distribuição de probabilidade )(⋅ξF , ou equivalentemente a função 
massa ou densidade de probabilidade )(⋅ξf , determinam completamente uma 
variável aleatória. Sendo assim, parâmetros e propriedades (como simetria) da 
variável aleatória podem ser obtidos a partir destas funções de probabilidade. 
• dado o tipo de distribuição e na presença de simetria, a média e a variância 
passam a descrever completamente a variável aleatória. 
• Definição 1: o valor médio ou a média de uma variável aleatória ξ é dado por: 
# ∑ ξ=ξ
j
jj xfx )( , para o caso discreto (o somatório é sobre todos os 
valores possíveis de j); 
# ∫
∞+
∞−
ξ=ξ dxxxf )( , para o caso contínuo. 
• a média é também conhecida como esperança matemática: E[ξ] = ξ . 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 26
• por hipótese, é suposto que a série (caso discreto) converge absolutamente e 
que a integral (caso contínuo) existe (tem um valor finito). 
• Definição 2: a distribuição é dita ser simétrica em relação a um valor c se 
)()( zcfzcf −=+ . 
• Teorema 1: Se uma distribuição é simétrica em relação a um valor c e tem 
média ξ , então ξ = c. 
• Definição 3: A variância de uma distribuição é denotada por σ2, sendo dada 
por: 
# ( )∑ ξξ−=σ
j
jj xfx )(22 , para o caso discreto (o somatório é sobre todos 
os valores possíveis de j); 
# ( )∫ ∞+
∞−
ξξ−=σ dxxfx )(22 , para o caso contínuo. 
• por hipótese, é suposto que a série (caso discreto) converge absolutamente e 
que a integral (caso contínuo) existe (tem um valor finito). 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 27
• com exceção do caso em que f(z) = 1 em um único ponto e se anula alhures, 
para o qual resulta σ2 = 0, em todos os outros casos, sempre vai ocorrer 
σ2 > 0. 
• Definição 4: A raiz quadrada da variância é denominada desvio padrão, tendo 
por notação σ. 
• como conseqüência, a variável aleatória 
σ
ξ−ξ
=ξN 
tem média zero e variância unitária. 
3.5 Momentos 
• Definição 5: Para qualquer variável aleatória ξ e qualquer função contínua 
g(⋅): ℜ → ℜ, a esperança matemática de g(ξ) é dada por: 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 28
# [ ] ∑ ξ=ξ
j
jj xfxggE )()()( , para o caso discreto (o somatório é sobre 
todos os valores possíveis de j); 
# [ ] ∫ ∞+
∞−
ξ=ξ dxxfxggE )()()( , para o caso contínuo. 
• tomando ( ) kg ξ=ξ , k = 1, 2, ..., as esperanças matemáticas acima representam 
o k-ésimo momento de ξ. 
• tomando ( ) ( )kg ξ−ξ=ξ , k = 1, 2, ..., as esperanças matemáticas acima 
representam o k-ésimo momento central de ξ. 
• lembre-se que o operador esperança matemática é linear, ou seja: 
# [ ] [ ] [ ]2121 xExExxE +=+ ; 
# [ ] [ ]xExE α=α , com α determinístico e constante. 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 29
4 Medidas amostrais 
• média amostral (N amostras): ∑
=
=
N
k
kxN
x
1
1
 
• variância amostral: ( )∑
=
−
−
=σ
N
k
k xxN 1
22
1
1
 
• desvio padrão amostral: ( )∑
=
−
−
=σ
N
k
k xxN 1
2
1
1
 
• covariância amostral: ( )( )∑
=
−−
−
=σ
N
k
jjkiikij xxxxN 11
1
 
• coeficiente de correlação amostral: 
ji
ij
ijr σσ
σ
= 
 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 30
5 Probabilidade Condicional e a Regra de Bayes 
• mesmo não sabendo qual ‘teoria’ do mundo é a correta, é necessário tomar 
decisões, e elas estarão baseadas em alguma ‘teoria’ do mundo. 
• como validar as ‘teorias’ do mundo a partir da experiência? 
• dois conceitos são fundamentais aqui: 
$ dado: instanciação de uma variável aleatória (ou vetor de variáveis 
aleatórias); 
$ hipótese: teoria de como o ‘mundo’ funciona. 
• vamos trabalhar daqui em diante com um problema didático. Considere a 
existência de 5 hipóteses para descrever o conteúdo de uma caixa enorme 
repleta de bolas em seu interior (idealmente, o número de bolas deveria ser 
infinito): 
 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 31
$ h1: 100% das bolas são azuis; 
$ h2: 75% das bolas são azuis e 25% são vermelhas; 
$ h3: 50% das bolas são azuis e 50% são vermelhas; 
$ h4: 25% das bolas são azuis e 75% são vermelhas; 
$ h5: 100% das bolas são vermelhas. 
• dada uma caixa, a variável aleatória H denota o tipo de caixa, podendo 
assumir os ‘valores’ h1, h2, ..., h5. 
• suponha que H não é diretamente observável (não há nenhum rótulo indicando 
o tipo de caixa). 
• quando as bolas são retiradas, dados são observados: d1, d2, ..., dN. 
• cada dj, j=1,...,N, é uma variável aleatória que pode assumir os ‘valores’ azul 
ou vermelha. 
• se o número de bolas for infinito, então não há necessidade de reposição da 
bola retirada. Caso contrário, a reposição é necessária. 
• Tarefa: predizer a cor da próxima bola a partir dos dados já observados. 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 32
• embora seja uma tarefa simples, é necessário inferir uma ‘teoria’ acerca de 
como o mundo ‘funciona’. 
• a inferência bayesiana indica a probabilidade de cada hipótese, a partir dos 
dados já observados, e é o resultadodo uso de todas as hipóteses, devidamente 
ponderadas. 
• repare que não se adota aqui a escolha da hipótese mais provável para se 
executar a tarefa de predição. Logo, a predição se transforma em um problema 
de inferência probabilística. 
• seja [ ]TNddd L21=d o vetor de dados já observados. Pela regra de 
Bayes, a probabilidade de cada hipótese é dada por: 
iii hPhPhP dd α= 
onde α é um fator de normalização definido de modo que 1
5
1
=∑
=i
ihP d . 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 33
• duas quantidades-chaves na abordagem bayesiana são: 
$ probabilidade a priori de cada hipótese: ihP , tal que 1
5
1
=∑
=i
ihP ; 
$ probabilidade dos dados, condicionada à hipótese: ihP d . 
• ihP indica o grau inicial de veracidade da hipótese. 
• ihP d indica o quão bem os dados são explicados pela hipótese. 
• dihP indica o novo grau de veracidade da hipótese, condicionada aos 
dados, ou seja, o quão bem a hipótese é explicada pelos dados. 
• supondo que as observações são i.i.d. (independently and identically 
distributed), o que é bastante razoável quando o número de bolas tende a 
infinito, então a probabilidade dos dados, condicionada à hipótese é dada por: 
∏
=
=
N
j
iji hdPhP
1
d 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 34
• seja dN+1 a variável aleatória que indica a cor da próxima bola. 
• a probabilidade desta variável assumir uma cor específica, condicionada aos 
dados já observados, é dada por: 
∑
=
++ =
5
1
11
i
iNiN hdPhPdP dd 
• a parcela iN hdP 1+ indica a probabilidade daquela cor específica ocorrer sob 
a hipótese hi. E d1+NdP é a soma destas probabilidades ponderadas pelo 
grau de veracidade da hipótese correspondente ( dihP ). 
• em outras palavras, a probabilidade de uma cor específica é uma média 
ponderada das probabilidades desta cor específica nas hipóteses individuais. 
• com isso, as hipóteses representam apenas peças intermediárias entre os dados 
observados e a predição da cor da próxima bola. 
 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 35
Evolução das probabilidades supondo que todas as observações 
correspondem a bolas vermelhas. 
Probabilidades a priori: P〈h1〉=0.1 / P〈h2〉=0.2 / P〈h3〉=0.4 / P〈h4〉=0.2 / P〈h5〉=0.1 
 
 
N 
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Evolução da probabilidade de que a próxima bola seja vermelha, supondo 
que todas as observações correspondem a bolas vermelhas. 
 
 
N 
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Tópico 8 - Fundamentos para Processos Estocásticos 37
6 Referências 
BULMER, M.G. “Principles of Statistics”, Dover, 1979. 
DOS REIS, S.F. “Introdução ao Estudo de Probabilidade”, Notas de Aula do Curso de Genética Populacional 
Teórica, IB/Unicamp, 2001. 
EVANS, D.H. “Probability and Its Applications for Engineers”, ASQC Quality Press, 1992. 
KREYSZIG, E. “Advanced Engineering Mathematics”, 7th edition, John Wiley & Sons, 1993. 
LINDGREN, B.D. “Statistical Theory”, Macmillan Publishing Company, 1976. 
LIPSCHUTZ, S. “Theory and Problems of Probability”, McGraw-Hill Book Company, 1965. 
MARDIA, K.V., KENT, J.T. & BIBBY, J.M. “Multivariate Analysis”, Academic Press, 1979. 
MONTGOMERY, D.C. & RUNGER, G.C. “Applied Statistics and Probability for Engineers”, John Wiley & Sons, 
1994. 
MOOD, A.M. & GRAYBILL, F.A. “Introduction to the Theory of Statistics”, McGraw-Hill Book Company, 1963. 
PAPOULIS, A. “Probability, Random Variables, and Stochastic Processes”, Third Edition, McGraw-Hill, 1991. 
ROSS, S. “A First Course in Probability”, Macmillan Publishing Company, 1984. 
WALPOLE, R.E. & MYERS, R.H. “Probability and Statistics for Engineers and Scientists”, Fifth Edition, 
Macmillan Publishing Company, 1993.

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