累積分布関数

指数分布の累積分布関数

正規分布の累積分布関数

累積分布関数（るいせきぶんぷかんすう、英: cumulative distribution function, CDF）や分布関数（ぶんぷかんすう、英: distribution function）とは、確率論において、実数値確率変数 X が x 以下になる確率の関数のこと。連続確率分布では、負の無限大から x まで確率密度関数を定積分した物。累積分布関数は同時確率分布でも条件付き確率分布でも定義される。

定義

実数値確率変数 X の累積分布関数は以下で定義される^[1]^{:p. 77}。この確率は下側確率（lower-tail probability）とも呼ばれる。

[math]F_X(x) = \operatorname{P}(X\leq x)[/math]

X の a < b の時の半開区間 (a, b] の確率は以下になる^[1]^{:p. 84}。

[math]\operatorname{P}(a \lt X \le b)= F_X(b)-F_X(a)[/math]

連続型確率変数の累積分布関数は確率密度関数が存在する場合は以下になる^[1]^{:p. 86}。

[math]F_X(x) = \int_{-\infty}^x f_X(t)\,dt.[/math]

累積分布関数は広義単調増加関数であり^[1]^{:p. 78}、右連続関数である^[1]^{:p. 79}。更に以下が成立する。

[math]\lim_{x\to -\infty}F_X(x)=0, \quad \lim_{x\to +\infty}F_X(x)=1.[/math]

離散型確率変数 X では以下が成立する。

[math]F_X(x) = \operatorname{P}(X\leq x) = \sum_{x_i \leq x} \operatorname{P}(X = x_i) = \sum_{x_i \leq x} p(x_i).[/math]

連続型確率変数 X では以下が成立する。

[math]F_X(b)-F_X(a) = \operatorname{P}(a\lt X\leq b) = \int_a^b f_X(x)\,dx[/math]

相補累積分布関数（complementary cumulative distribution function, CCDF）とは、以下で定義される関数。この確率は上側確率（upper-tail probability）とも呼ばれる。

[math]\bar F_X(x) = \operatorname{P}(X \gt x) = 1 - F_X(x)[/math]

分位関数（quantile function）や分位点関数とは、累積分布関数が狭義単調増加で連続な場合に定義される累積分布関数の逆関数 [math] F^{-1}( p ), p \in [0,1] [/math] の事。逆関数サンプリング法などで使用される。

↑ ^1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 Park,Kun Il (2018). Fundamentals of Probability and Stochastic Processes with Applications to Communications. Springer. ISBN 978-3-319-68074-3.