推导:通过均匀分布来产生任意分布随机数

最近想用C语言写一个产生服从指数分布的随机数的程序。从网上找了找,发现可以通过均匀分布来产生服从任意分布的随机数。然而,网上的推导不是很完善,我把自己的理解写在这里,有不严谨的地方请大家指正。

命题1:对一 连续型随机变量X,设它的 分布函数为F(x) = P { X ≤ x }。对X的某一取值x,对应于一个F(x),因此F(x)也是一个随机变量,记为Y=F(x)。则Y服从 [ 0,1 ]上的均匀分布

证1:Y的取值范围是 [ 0,1 ],Y的概率密度函数记为f(y)。以下二式成立:


可得f(y)=1,即Y服从 [ 0,1 ]上的均匀分布

命题2:对随机变量X,已知它的分布函数是F(x);有另一随机变量Y=f1(X),f1是严格单调增函数;我们可以得到Y的分布函数G(y)。反过来,若已知Y的分布函数是G(y),X=f2(Y),f2是f1的反函数,则我们可以得到X的分布函数是F(x)。

证2:G(y) = P{ Y ≤ y } = P{ f1(X) ≤ y } = P{ X ≤ f2(y) } = F[ f2(y) ]

          F(x) = P{ X ≤ x } = P{ f2(Y) ≤ x } = P{ Y ≤ f1(x) } = G[ f1(x) ] = F{ f2[ f1(y) ] } = F(x)

结论:如果要产生一个随机变量的一个观测值,且该随机变量的分布函数F(x)严格单调递增,可以这样做:

先产生一个服从[ 0,1 ]上均匀分布的随机数,也就得到一个F(x)的值,通过F(x)的反函数G(x)得到x=G(y),这个x就是服从我们想要的那个分布的一个随机值。


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