확률은 불확실성을 수치로 나타냅니다. 좋은 소식: 대부분의 숙제 문제는 소수의 규칙과 신중하게 세려는 의지만 있으면 풀립니다. 이 가이드는 분포, 가설 검정, 베이즈 추론으로 넘어가기 전에 필요한 토대를 다룹니다.
"확률"이 의미하는 것
사건 A 의 확률은
P(A)=전체 결과의 수유리한 결과의 수
이며, 모든 결과가 똑같이 일어날 수 있다고 가정합니다. P(A)∈[0,1]:
- 0 = 불가능.
- 1 = 확실.
- 0.5 = 동전 던지기.
똑같이 일어나지 않는 결과에 대해서는 각 결과에 가중치를 부여합니다(확률 분포가 하는 일이 바로 이것입니다).
세 가지 핵심 규칙
덧셈 규칙 (A 또는 B 의 확률)
P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(A∩B)
이중으로 세지 않도록 교집합을 빼줍니다. A 와 B 가 상호 배타적(둘 다 일어날 수 없음)이라면 교집합은 0 입니다.
예제: 52장 카드 덱에서 한 장을 뽑을 때, P(킹 또는 하트)=4/52+13/52−1/52=16/52=4/13. (한 장은 킹이면서 동시에 하트이므로 그만큼 빼줍니다.)
곱셈 규칙 (A 그리고 B 의 확률)
P(A∩B)=P(A)⋅P(B∣A)
A 와 B 가 독립(한쪽이 다른 쪽에 영향을 주지 않음)이라면 P(B∣A)=P(B) 가 되어 P(A)⋅P(B) 로 간단해집니다.
예제: 주사위 두 개를 굴릴 때, P(둘 다 6)=1/6⋅1/6=1/36. (각 굴림은 독립입니다.)
조건부 확률
P(B∣A)=P(A)P(A∩B)
A 가 일어났다는 조건 아래에서의 B 의 확률입니다. 베이즈 정리와 추론 통계학 대부분의 기초입니다.
예제: 뽑은 카드가 그림 카드입니다. 그것이 킹일 확률은?
- P(킹이면서 그림 카드)=4/52.
- P(그림 카드)=12/52.
- P(킹 | 그림 카드)=(4/52)/(12/52)=4/12=1/3.
세기: 순열과 조합
n 개에서 r 개를 선택할 때:
- 순열(순서가 중요): P(n,r)=(n−r)!n!.
- 조합(순서 무관): C(n,r)=(rn)=r!(n−r)!n!.
판단 기준은 "선택한 것 중 두 개를 바꾸면 결과가 달라지는가?"입니다:
- 예 (예: 금메달 vs 은메달) → 순열.
- 아니오 (예: 5인 위원회 선출) → 조합.
풀이 예제: 복권
49개에서 6개의 숫자를 고릅니다. 당신의 복권에서 순서는 중요하지 않습니다 — 조합입니다.
(649)=6!⋅43!49!=13,983,816
따라서 P(6개 숫자 잭팟 당첨)=1/13,983,816≈7.15×10−8.
독립 vs 상호 배타 (혼동하지 마세요!)
- 독립: A 를 알아도 P(B) 는 변하지 않습니다. 동전 던지기는 독립입니다.
- 상호 배타적: A 와 B 는 둘 다 일어날 수 없습니다. 주사위가 1 이면서 동시에 2 일 수는 없습니다.
두 사건은 한쪽만, 다른 쪽만, 둘 다, 혹은 둘 다 아닐 수 있습니다. 흔히 혼동되지만 같은 개념이 아닙니다.
흔한 실수
- 도박사의 오류: "앞면이 5번 연속 나왔으니 다음은 분명 뒷면이다." 동전 던지기는 독립이며 — 과거는 미래의 확률을 바꾸지 않습니다.
- 교집합을 빼지 않고 상호 배타적이지 않은 확률을 더하는 것. P(킹)+P(하트)=P(킹 또는 하트).
- P(A∣B) 와 P(B∣A) 를 혼동하는 것. 전형적인 검사의 오류: "피고가 무죄라면 이 증거가 나올 확률은 작다; 따라서 이 증거가 있으면 무죄일 확률은 작다." 베이즈 정리를 적용하지 않으면 논리적으로 틀린 추론입니다.
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