Wie kann man mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitstheorie entscheiden, ob man die Buswarteschlange verlässt oder dort bleibt?

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Ich habe schon seit einiger Zeit über etwas nachgedacht, und da ich die Wahrscheinlichkeitstheorie nicht sehr gut beherrsche, dachte ich, dies könnte ein guter Ort sein, um diese Frage zu stellen. Das ist mir in den langen Schlangen der öffentlichen Verkehrsmittel aufgefallen.

Angenommen, Sie befinden sich an einer Bushaltestelle und wissen, dass ein Bus (oder mehrere Busse) sicherlich in der Zukunft (tagsüber) kommen wird, aber Sie kennen den genauen Moment nicht. Sie stellen sich eine Wahrscheinlichkeit vor, dass der Bus innerhalb von fünf Minuten ankommt. Sie warten also fünf Minuten. Aber der Bus kommt nicht an. Ist die Wahrscheinlichkeit jetzt kleiner oder größer als die ursprüngliche, die Sie sich vorgestellt haben?

Die Frage ist, ob Sie, wenn Sie die Vergangenheit nutzen, um die Zukunft vorherzusagen, möglicherweise nicht sehr optimistisch über die Ankunft des Busses sind. Aber vielleicht könnten Sie auch denken, dass dies das Ereignis tatsächlich wahrscheinlicher macht: Da der Bus noch nicht angekommen ist, stehen am Tag weniger Minuten zur Verfügung und daher ist die Wahrscheinlichkeit höher.

Denken Sie an die letzten fünf Minuten des Tages. Sie waren den ganzen Tag dort und es sind keine Busse gekommen. Nach der Vergangenheit zu urteilen, kann man also nicht vorhersagen, dass der Bus in den nächsten fünf Minuten ankommen wird. Da Sie jedoch sicher sind, dass ein Bus vor dem Ende des Tages ankommt und der Tag nur noch fünf Minuten dauert, können Sie zu 100% sicher sein, dass der Bus innerhalb von fünf Minuten ankommt.

Die Frage ist also, welche Methode sollte ich verwenden, wenn ich die Wahrscheinlichkeit berechnen und aus der Warteschlange aussteigen möchte? Es ist, weil ich manchmal aussteige und plötzlich der Bus ankommt, aber manchmal warte ich und warte und warte und der Bus kommt nicht. Oder vielleicht ist diese ganze Frage Unsinn und das ist einfach schrecklich zufällig?

Nummer fünf
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Antworten:

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Ich denke, Sie haben Ihre eigene Frage beantwortet. Angenommen, Sie sind sicher, dass n Busse am Ende des Tages ankommen (was h Stunden entfernt ist), sind sich aber nicht sicher, wann sie in diesen h Stunden ankommen werden. Sie können eine Poisson-Verteilung mit einer Rate von n / h verwenden und berechnen die Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelner Bus in den nächsten zehn Minuten ankommt, sagen wir. Wenn Sie auf den Bus warten und h abnimmt, steigt die Rate n / h und die Wahrscheinlichkeit, dass in den nächsten zehn Minuten ein Bus ankommt, steigt. Daher ist es für Sie immer weniger sinnvoll, die Warteschlange zu verlassen (vorausgesetzt, der Bus hat Platz für Sie, wenn er ankommt).

user3353185
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Schöne Antwort, vielen Dank. Ich hatte die gleiche Intuition, aber ich wusste nicht, dass es sich um eine Poisson-Distribution handelt.
Nummer fünf
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Wenn Sie Busankünfte wirklich als Poisson-Prozess modellieren, ist dies genau nicht der Fall. Poisson-Prozesse sind "memoryless", da sie das Ereignis einer Busankunft zu jedem Zeitpunkt als konstante Wahrscheinlichkeit über die Zeit modellieren. Das heißt, nachdem Sie 5 Minuten gewartet haben, ohne dass ein Bus angekommen ist, sagt das Modell die gleiche Wahrscheinlichkeit für einen Bus voraus, der in den nächsten 10 Minuten ankommt wie in den ursprünglichen 10 Minuten.
Leekaiinthesky
leekaiinthesky, Sie haben Recht, dass Poisson für eine bestimmte Rate eine gedächtnislose Verteilung ist. Wenn wir jedoch sicher sind, dass am Ende des Tages n Busse eintreffen, steigt die Rate selbst kontinuierlich an.
user3353185
Selbst unter diesen spezifischen Annahmen gibt die Verwendung der Poisson-Verteilung nicht die richtige Antwort. Ihr Argument basiert auf der Erhöhung der Rate, da Sie wissen, dass insgesamt n Busse ankommen, aber in der Poisson-Verteilung ist die Gesamtzahl der Ereignisse nicht festgelegt. Auch in den 10 Minuten, für die Sie die Wahrscheinlichkeit berechnen möchten, würde sich die Rate bereits gemäß Ihrem Argument ändern. Dies ist nur eine Annäherung - was immer noch eine gute Antwort wäre, wenn Sie diskutieren, wie gut die Annäherung ist.
Erik
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Es hängt davon ab, wie nahe Ihre Busse an einem Fahrplan sind.

  1. Wenn sie regelmäßig verkehren, ist jede Minute, die Sie warten, eine Minute näher an einer Busankunft, und im Durchschnitt warten Sie die Hälfte des Intervalls zwischen den Bussen.

  2. Wenn die Busse zu unterschiedlichen Zeiten zwischen den Bussen mit einer bestimmten durchschnittlichen Geschwindigkeit pro Stunde ankommen, erreichen Sie die Bushaltestelle eher in einer langen als in einer kurzen Lücke. In der Tat spielt es keine Rolle, wie lange Sie warten, wenn sie "effektiv zufällig" ankommen (gemäß einem Poisson-Prozess), Ihre erwartete verbleibende Wartezeit ist dieselbe.

  3. Wenn die Dinge schlimmer werden (schneller / platzender als "zufällige" Ankünfte, möglicherweise aufgrund von Verkehrsproblemen), sollten Sie besser nicht warten.

Glen_b - Monica neu starten
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Okay, ich werde versuchen, das zu verdauen. Vielen Dank. Wenn wir also die durchschnittliche Rate pro Stunde nicht kennen, können wir im Grunde nichts sagen?
Nummer fünf
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Wenn Sie 23 Stunden warten und der Bus noch nicht gekommen ist, ignorieren Sie bitte die Prämisse, dass Verteilungen (cdf) immer 1 ergeben. Der Bus wird einfach nicht kommen. Im Allgemeinen würden die Europäer an eine gleichmäßige Verteilung glauben, eine gute Wette, wenn Sie Japaner sind. Für Amerikaner wird der öffentliche Verkehr mehr mit dem gelblichen Auge eines poissonischen, gedächtnislosen Prozesses betrachtet, und sie fahren ihre eigenen Autos ... Denken Sie darüber nach ... Egal wie lange Sie auf die Wahrscheinlichkeit gewartet haben, dass der Bus an einem Ort ankommt bestimmte Zeit bleiben hartnäckig gleich. Ich habe gehört, dass die Weibull-Verteilung helfen kann, bin mir aber nicht sicher.
Antoni Parellada
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Hier ist ein großartiges und kostenloses Papier über den Weibull und dieses Thema.
Antoni Parellada
@ Antoni Danke. Es gibt ein Ausmaß, in dem Wahrscheinlichkeitsmodelle (wie das Poisson in Punkt 2 in meiner Antwort) für dieses Problem nicht wirklich funktionieren. Busankünfte sind in der oben beschriebenen Weise kein zufälliger Vorgang. Wenn Sie sie stark genug drücken, sind die Schlussfolgerungen, zu denen sie führen würden, natürlich nicht sinnvoll.
Glen_b -Reinstate Monica
@AntoniParellada und Glen_b vielen Dank für Ihre Antworten. Ich hatte mir nicht so viel vorgestellt, was hinter dieser Frage steckt. Ich werde weiter lernen, um alles zu verstehen, was Sie freundlicherweise geschrieben haben. Hab einen exzellenten Tag.
Nummer fünf
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tolle Frage!

Aus Wahrscheinlichkeitssicht warten kann machen sicherlich die Chancen steigen. Dies gilt für Gaußsche und gleichmäßige Verteilungen. Es wäre jedoch nicht wahr für Exponentialverteilungen - das Schöne daran, dass Exponentialverteilungen in diesem Sinne "memoryless" sind, da die wahrscheinlich für das nächste Intervall immer dieselbe ist.

Ich denke jedoch, dass es interessanter sein könnte, eine Kostenfunktion zu generieren. Was kostet der alternative Transport (Taxi, ueber)? Was kostet es, zu spät zu kommen? Dann können Sie das Kalkülbuch abstauben und die Kostenfunktion minimieren.

Um mich davon zu überzeugen, dass die Chancen für Gaußsche Verteilungen immer steigen, habe ich ein bisschen Matlab geschrieben, aber ich werde versuchen, etwas mathematisch Reineres zu finden. Ich denke für Uniform ist es offensichtlich, da der Zähler konstant ist (bis nichts) und der Nenner immer in Richtung nichts abnimmt.

MikeP
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Eine Annahme des OP ist, dass "Sie sicher sind, dass ein Bus vor dem Ende des Tages ankommt", was einige interessante Einschränkungen für die Wahrscheinlichkeitsverteilung darstellt. Ich wünschte, ich hätte eine solche Gewissheit im wirklichen Leben.
EdM
@ MikeP Danke für deine Antwort. Gilt das auch dann, wenn die zugrunde liegende Verteilung unbekannt ist? Oder kann ich vielleicht eine bestimmte Verteilung annehmen? In diesem Fall könnte es sein, dass ich im Laufe der Zeit meine Meinung ändern und sagen kann, dass eine solche Verteilung nicht mehr gilt, und nach einer anderen suchen kann. Die memorylose Verteilung klingt gut, aber vielleicht erfordert das, was ich wissen möchte, eine Verteilung, die die Vergangenheit berücksichtigt.
Nummer fünf
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Kein Problem @NormanSimon! Nicht immer. Angenommen, Sie haben ein trimodales PDF. Ich habe ein kurzes Beispiel mit der Summe von 3 Gaußschen (jeweils mit einem Sigma von 3, mit Mitteln von -8, 0 und +8) erstellt. In diesem Fall, als Sie über a kamen Buckel, die Chancen fielen tatsächlich leicht für die nächsten 3 Minuten.
MikeP
Oh, Schatz, Mike, es klingt so kompliziert! Aber ich verspreche, ich werde weiter lernen. Vielleicht stelle ich zu fortgeschrittene Fragen, während ich noch Anfänger bin. Aber vielen, vielen Dank =)
Nummer fünf
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Wenn Sie die Einschränkung aufheben, dass der Bus irgendwann am Tag ankommen muss, kann argumentiert werden, dass je länger Sie warten, desto länger Sie voraussichtlich noch warten müssen. Der Grund? Je länger Sie warten, desto größer ist Ihre Überzeugung, dass der Poisson-Ratenparameter klein ist. Siehe Frage 1 hier .

Kreosot
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Bitte. Aber ich meinte "Ratenparameter ist groß ", nicht klein ...! Ich habe meine Antwort entsprechend bearbeitet.
Kreosot