博客

  • Chapter 12

    例 5.13

    X_1^2\sim\chi_1^2

    \Sigma_{i=2}^nX_i^2\sim\chi_{n-1}^2

    \frac{X_1^2}{\frac{\Sigma_{i=2}^n X_i^2}{n-1}}\sim F_{1,n-1}

    例 5.14

    Cov(X_1-X_2,X_1+X_2)=0

    Var(X_1-X_2)=Var(X_1+X_2)=2

    \frac{(X_1-X_2)^2}{(X_1+X_2)^2}=\frac{\frac{(X_1-X_2)^2}2}{\frac{(X_1+X_2)^2}2} \sim F_{1,1}

    例 5.15

    Var(X_1-2X_2)=20

    Var(3X_3-4X_4)=100

    a=\frac1{20},b=\frac1{100}

    例 5.16

    Var(X)=\sigma^2.

    Var(Y_1-Y_2)=Var(Y_1)+Var(Y_2)=2\sigma^2

    S^2=\frac12(X_7^2+X_8^2+X_9^2-3Y_2^2)\sim\chi_2^2

    \frac{\sqrt2(Y_1-Y_2)}S\sim t_2

    例 5.20

    Y=\frac{\frac{X_1^2+X_2^2+\ldots+X_{10}^2}{40}}{\frac{X_{11}^2+X_{12}^2+\ldots+X_{15}^2}{20}}=F_{10,5}

    例 7.4

    \overline x=2.1322(cm)

    (1)

    30(\overline x-\mu)\sim N(0,1)

    d=0.0548

    置信区间为 [2.077,2.187]

    (2)

    S=2.4145

    \frac{3(\overline x-\mu)}{S}\sim t_8

    d=\frac{2.4145}3t_8(0.05)

    置信区间为 [\overline x-d,\overline x+d]

    例 7.6

    \Phi(0.025)=1.96

    \frac{\sqrt n}{5}(3-\mu)\sim N(0,1)

    \frac{\sqrt n}5\times2>1.96

    n>24.01, 即 n\geq25.

    例 7.16

    s^2=148.92

    \overline{(x-\mu)^2}=164.29

    (1)

    10\overline{(X-\mu)^2}\sim\Chi_{10}^2

    \sigma^2\in[\frac{10\times164.29}{\chi_{10}^2(0.025)},\frac{10\times164.29}{\chi_{10}^2(0.975)}]

    (2)

    9S^2\sim\Chi_{9}^2

    \sigma^2\in[\frac{9\times148.92}{\chi_{9}^2(0.025)},\frac{9\times148.92}{\chi_{9}^2(0.975)}]

    例 7.19

    X_{(n)} 的分布律为 F(X_{(n)})=1-(1-\frac{X_{(n)}}\theta)^n

    P(X_{(n)}<\theta<c_nX_{(n)})=P(X_{(n)}>\frac{\theta}{c_n})=(1-\frac1{c_n})^n=1-\alpha

    c_n=\frac1{1-(1-\alpha)^{\frac1n}}

  • OS作业4

    1

    由于此程序使用 fork,故 child process 和 parent process 的内存是隔离的,所以 child value = 5, parent value = 0. 并且由于 parent 在 wait child,所以 parent 一定在 child 后才输出。又由于 child 是由 parent fork 得来的并且没有 exec,故它们使用同一个 stdout,所以会输出在一起。

    下次出这种题的时候能不能给文字版本而不是给一张图片让我们自己去识图。

    2

    给出的是读优先的解决方案:读者在有读者时可以继续读。

    写优先:

    semaphore resource = 1;
    semaphore rmutex = 1;
    semaphore wmutex = 1;
    
    int readcount = 0;
    int writecount = 0;
    
    //writer
    while (true) {
        wait(wmutex);
        writecount++;
        if (writecount == 1)
            wait(readTry);
        signal(wmutex);
        wait(resource);
        // writing is performed
        signal(resource);
        wait(wmutex);
        writecount--;
        if (writecount == 0)
            signal(readTry);
        signal(wmutex);
    }
    
    //reader
    while (true) {
        wait(readTry);
        wait(rmutex);
        readcount++;
        if (readcount == 1)
            wait(resource);
        signal(rmutex);
        signal(readTry);
        // reading is performed
        wait(rmutex);
        readcount--;
        if (readcount == 0)
            signal(resource);
        signal(rmutex);
    }
    

    思路是写者也维护一个锁,有写者准备写时新的读者不能进入。

    3

    采用 lab1 的 6.19.6 内核代码。

    struct atomic_t:一个整数,定义于 linux/types.h

    int arch_atomic_read(const atomic_t*), void arch_atomic_set: 原子读写,定义于 asm/atomic.h 和 include/compiler.h,使用前后添加 barrier() 再加汇编读写完成。

    void arch_atomic_add, void arch_atomic_sub, bool arch_atomic_sub_and_test, \ldots:同上,其余原子操作的定义,同样在 asm/atomic.h。大多数操作是直接内联汇编实现的,通过在汇编前面加 LOCK_PREFIX(通常是 lock)达到原子操作的效果。

    部分其它操作前后也会加上 asm/barrier.h 定义的 barrier(),其原理是添加一条 lfence, mfence, sfence 指令。

    4

    a)

    T1: 2

    T2: 2

    T3: 2

    deadlock

    T1->R3->T3->R1->T1

    b)

    T1: 2

    T2: 1

    T3: 2

    T4: 2

    cycle but no deadlock

    完成顺序:T2 先完成,完成后 T1 和 T3 抢 R2,抢到者先执行,执行完毕后剩下一个人和 T4 并行。

    故可能出现的排列有:2134,2143,2314,2341

    5

    Allocated Max
    $P_0$ 010 753
    $P_1$ 302 322
    $P_2$ 302 902
    $P_3$ 211 222
    $P_4$ 002 433
    free 230

    requests: P_4 (3, 3, 0)

    1. Check that Request(3,3,0) \leq Available(3,3,2) \Rightarrow false
      return fail

    参考文献

    1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/641540715
  • COD作业4

    1

    (1)

    关键路径:

    PC -> InstMem -> decoder -> (rf read = 0) -> MUX -> alu -> RDMUX -> rf_write

    time=30+250+50+25+200+25+20=600ps

    (2)

    PC -> InstMem -> decoder -> sext(imm) -> MUX -> alu -> DataMem -> RDMUX -> rf_write

    time =30+250+50+50+25+200+250+25+20=900ps

    (3)

    PC -> InstMem -> decoder -> sext(imm) -> MUX -> alu -> DataMem

    time =30+250+50+50+25+200+250=855

    (4)

    PC -> InstMem -> decoder -> (rf read = 0) -> MUX -> alu -> PCMUX -> PC

    time =30+250+50+25+200+25+20=600ps

    (5)

    PC -> InstMem -> decoder -> sext(imm) -> MUX -> alu -> RDMUX -> rf_write

    time =30+250+50+50+25+200+25+20=650

    (6)

    可见 load 指令延迟最大,为 900ps.

    故周期为 900ps.

    2

    1. RAW
    2. add x1, x2, x3
      sub x4, x1, x5
      
    3. 读取后再传递给 ALU 需要经过 Data Mem 和 ALU 两大高延迟组件,会显著降低运行频率,故需要插入气泡。

    3

    (1) init = 0; TFTFTFTFTFTFTFTFTFTFTFTFTFTFTF\ldots

    (2)

    int x10=12;
    while(x10!=0){//12F1T
        int x11=12;
        while(x11!=0){//(12F1T)*12
            //x12+=1;
            x11-=1;
        }//12T*12
        x10-=1;
    }//12T
    

    错误数量:1+12+2+2=17

    正确率 0.948

    初值为1 错误数量:1+12+1+1=15

    2: 2+13+0+0=15

    3: 3+14+0+0=17

    故应该设置为 1 或 2

  • Chapter 11

    无偏估计 E(\hat\theta)=\theta,是对统计方法的评价。

    例如,对于 X=N(\mu,\sigma^2)\hat\mu=\overline X 是无偏估计,意思是,对于任意 {X}\hat\mu=\overline X,对 {X} 取平均得到 E(\hat\mu),其正好等于理论的 \mu. 故该方法是无偏估计。

    例 6.16

    E(a\overline X_1 +b\overline X_2+c\overline X_3)=a\mu+b\mu+c\mu=\mu, 故 a\overline X_1 +b\overline X_2+c\overline X_3 是对 \mu 的无偏估计。

    (2)

    Var(a\overline X_1+b\overline X_2+c\overline X_3)=(a^2n_1+b^2n_2+c^2n_3)\sigma^2

    由拉格朗日乘子法得:an_1=bn_2=cn_3.

    a=\frac{n_2n_3}{n_1n_2+n_2n_3+n_1n_3},b=\frac{n_1n_3}{n_1n_2+n_2n_3+n_1n_3},c=\frac{n_1n_2}{n_1n_2+n_2n_3+n_1n_3}

    例 6.17

    E(\hat\theta_1)=a_n\cdot\frac{0+\theta}2=a_n\cdot\frac\theta2

    \therefore a_n=2

    F(X_{(1)})=1-(1-\frac{X_{(1)}}\theta)^n

    E(\hat\theta_2)=b_n\cdot E(X_{(1)})=b_n\cdot\int_0^\theta n\frac x\theta(1-\frac x\theta)^{n-1}dx=b_n\cdot\frac\theta{n+1}

    \therefore b_n=n+1

    F(X_{(n)})=(\frac{X_{(n)}}{\theta})^n

    E(\hat\theta_3)=c_n\int_0^\theta n(\frac x\theta)^ndx=\frac n{n+1}\theta

    \therefore c_n=\frac{n+1}n

    (2)
    Var(\hat\theta_1)=4Var(\overline X)=\frac4n\int_0^\theta (x-\frac\theta2)^2\frac{dx}\theta=\frac1{12n}\theta^2

    Var(\hat\theta_2)=(n+1)^2\int_0^\theta (x-\frac\theta{n+1})^2\frac n\theta(1-\frac x\theta)^{n-1}dx=\frac n{n+2}\theta^2

    Var(\hat\theta_3)=(\frac{n+1}n)^2\int_0^\theta (x-\frac{n\theta}{n+1})^2\frac {x^{n-1}}{\theta^n}dx=\frac1{(n+2)n^2}\theta^2

    \hat\theta_3 最有效。

    例 6.18

    E(\hat\theta_1)=a_n\theta

    \therefore a_n=1

    F(X_{(1)})=1-(e^{-\frac1\theta x})^n

    E(\hat\theta_2)=b_n\cdot\int_0^\infin x\frac n\theta(e^{-\frac x\theta})^ndx=\frac{b_n}n\theta

    \therefore b_n=n

    (2)

    Var(\hat\theta_1)=\theta^2

    Vat(\hat\theta_2)=n^2\int_0^\infin (x-\theta)^2\frac n\theta(e^{-\frac x\theta})^ndx=(n^2-2n+2)\theta^2

    \hat\theta_1 更有效。

    例 6.21

    F(x;\theta)=\frac{x^3}{\theta^3}

    F(T)=F(x;\theta)^3=\frac{x^9}{\theta^9}

    f(t)=\frac{9x^8}{\theta^9}

    (2)

    E(aT)=a\int_0^\theta\frac{9x^9}{\theta^9}dx=\frac9{10}a\theta

    \therefore a=\frac{10}9

    例 6.27

    (1)

    P(X=0)=e^{-\lambda}

    L(\lambda)=e^{-n\lambda}\frac{\lambda^{n\overline X}}{\Sigma_{i=0}^nX_i!}

    \frac d{dx}lnL(\lambda)=-n+\frac{n\overline X}\lambda

    \hat\lambda=\frac1{\overline X}

    {P(X=0)}=e^{-\hat\lambda}=e^{-\frac1{\overline X}}

    (2)

    \hat p=e^{-\frac1{\overline X}}=e^{-0.89051}=0.4104

    例 6.29

    X\sim U(\theta,-\theta)

    \overline{X^2}=\frac{\theta^2}3

    \hat\theta_M=-\sqrt{3\overline{X^2}}

    L(\theta)=\frac1{(-2\theta)^n}

    \hat\theta_L=-max{X_1,X_2,\ldots,X_n}=-X_{(n)}

    (2)

    X\sim U(\theta,2\theta)

    \hat\theta_M=\frac23\overline X

    \hat\theta_L=\frac{X_{(n)}}2

    例 6.32

    f(x)=\lambda e^{-\lambda x}

    P(\lambda<x\leq2\lambda)=e^{-\lambda^2}(1-e^{-\lambda^2})

    \hat\lambda_L=\hat\lambda_M=\frac1{\overline X}

    P(\lambda<x\leq2\lambda)=e^{-\hat\lambda^2}(1-e^{-\hat\lambda^2})

    例 6.39

    (1)

    f(x)=\frac{2x}\theta e^{-\frac{x^2}\theta}

    E(X)=\int_0^{\infin}e^{-\frac{x^2}\theta}dx=\frac{\sqrt{\pi\theta}}2

    E(X^2)=\theta

    (2)

    L(\theta)=\Pi X(\frac2\theta)^n e^{-\frac{\Sigma x^2}\theta}

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=-\frac n\theta+\frac{\Sigma_{i=1}^nX_i^2}{\theta^2}

    \hat\theta=\overline{X^2}

    (3)

    n\rightarrow \infin 时:

    \overline{X^2}=E(X^2)=\theta

    \hat\theta \xrightarrow{P}\theta

    例 6.53

    \hat\theta_n=X_{(n)}

    F(X_{(n)})=1-(X_{(n)}-\theta)^n

    显然当 n\rightarrow\infin 时,X_{(n)}\xrightarrow{P}\theta.

    \hat\theta_n\theta 的相合估计。

    例 6.54

    E(\frac1{\overline X})=E(\frac n{X_1+X_2+\ldots+X_n})

  • Chapter 10

    例 6.3

    (1)

    E(X)=\frac{\theta-1}2

    \hat{\theta}=2\overline X+1

    (2)

    E(X)=m\theta

    \hat{\theta}=\frac m{\overline X}

    (3)

    \begin{align}
    E(X)&=\Sigma_{x=1}^{\infin}x(x-1)\theta^2(1-\theta)^{x-2}\
    &=\theta^2\Sigma_{x=1}^{\infin}\frac{\partial^2}{\partial \theta}(1-\theta)^x\
    &=\theta^2\frac{\partial^2}{\partial \theta}\left(\frac1{\theta}-1\right)\
    &=\frac2{\theta}
    \end{align}

    \hat{\theta}=\frac2{\overline X}

    (4)

    E(X)=-\Sigma_{x=1}^{\infin}\frac{\theta^x}{ln(1-\theta)}=-\frac{\theta}{(1-\theta)ln(1-\theta)}

    ln(1-\hat\theta)\overline X=1-\frac 1{(1-\hat\theta)}

    (5)

    E(X)=\theta

    \hat\theta=\overline X

    例 6.4

    (1)

    E(X)=\frac2{\theta^2}\int_0^\theta(\theta-x)xdx=\frac\theta3

    \hat\theta=3\overline X

    (2)

    E(X)=\int_0^1(\theta+1)x^{\theta+1}dx=\frac{\theta+1}{\theta+2}%=1-\frac1{\theta+2}

    \hat\theta=\frac1{1-\overline X}-2

    (3)

    E(X)=\int_0^1\sqrt\theta x^{\sqrt\theta} dx=\frac{\sqrt{\theta}}{\sqrt{\theta+1}}

    \hat\theta=(\frac1{1-\overline X}-1)^2

    (4)

    f(x;\theta)=\theta\frac{c^\theta}{x^{\theta+1}} (pdf 写错了)

    E(X)=\theta c^\theta\int_c^\infin x^{-\theta}dx=\frac{\theta c}{(\theta-1)}

    \hat\theta=\frac1{\frac{\overline X}c-1}+1

    (5)

    E(X)=\int_0^\theta\frac{6x^2(\theta-x)}{\theta^3}dx=\frac\theta2

    \hat\theta=2\overline X

    (6)

    E(X)=\int_0^\infin(\frac\theta x)^2e^{-\frac\theta x}dx=\theta

    \hat\theta=\overline X

    例 6.5

    \begin{align}
    E(X)
    &=\int_0^\infin\frac{2\theta}{\sqrt\pi}\frac{x^2}{\theta^2}e^{-\frac{x^2}{\theta^2}}d(\frac{x^2}{\theta^2})\
    &=\int_0^\infin\frac{2\theta}{\sqrt\pi}xe^{-x}dx\
    &=\frac{2\theta}{\sqrt\pi}
    \end{align}

    \hat\theta=\frac{\sqrt\pi}2\overline X

    (2)

    例 6.6

    Y = e^X,其中 X\sim N(\mu, \sigma^2),求 E(Y)Var(Y) 的矩估计

    例 6.7

    \hat\sigma=\overline X^2+S^2

    例 6.25

    (1)

    L(\theta)=\Pi_{i=1}^{n}\frac1\theta=(\frac1\theta)^n

    ln L(\theta)=-n ln\theta

    \theta\geq max{X_1,X_2,\ldots,X_n}

    \therefore \hat\theta=max{X_1,X_2,\ldots,X_n}

    (2)

    \begin{align}
    lnL(\theta)&=\Sigma_{i=1}^n\left[ln(C_m^{x_i})+x_iln\theta+(m-x_i)ln(1-\theta)\right]\
    &=\Sigma_{i=1}^nln(C_m^{x_i})+n\overline Xln\theta+n(m-\overline X)ln(1-\theta)
    \end{align}

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=n[\frac{\overline X}{\theta}-\frac{m-\overline X}{1-\theta}]

    \hat\theta=\frac{\overline X}m

    (3)

    L(\theta)=\Pi(x-1)\cdot\theta^{2n}(1-\theta)^{n\overline X-2n}

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=\frac{2n}\theta-\frac{n\overline X-2n}{1-\theta}

    \hat\theta=\frac2{\overline X}

    (4)

    L(\theta)=\frac{\theta^{n\overline X}}{\Pi x\cdot(ln(1-\theta))^n}

    lnL(\theta)=n\overline Xln\theta-\Sigma lnx-nlnln(1-\theta)

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=\frac{n\overline X}\theta+\frac{n}{(1-\theta)ln(1-\theta)}

    (5)

    L(\theta)=\theta^{n\overline X}e^{-\theta\Sigma(\frac1{x!})}

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=n\overline Xln\theta-\Sigma_{i=1}^n(\frac1{x_i!})

    \hat\theta=e^{{\Sigma_{i=1}^n(\frac1{x_i!})}/{\Sigma_{i=1}^nx_i}}

    例 6.26

    (1)

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=\Sigma(\frac1{\theta-x})-\frac{2n}\theta=\Sigma(\frac{2x-\theta}{\theta(\theta-x)})

    (2)

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=\frac n{\theta+1}+\Sigma lnx

    \hat\theta=\frac n{\Sigma_{i=1}^nlnx_i}-1

    (3)

    同上一题

    \sqrt{\hat\theta}-1=\frac n{\Sigma_{i=1}^nlnx_i}-1

    \hat\theta=(\frac n{\Sigma_{i=1}^nlnx_i})^2

    (4)

    f(x;\theta)=\theta\frac{c^\theta}{x^{\theta+1}} (pdf 写错了)

    L(\theta)=\theta^nc^{n\theta}\cdot\frac{1}{(\Pi x)^{\theta+1}}

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=\frac n\theta+nlnc-\Sigma(lnx)

    \hat\theta=\frac n{\Sigma_{i=1}^nln(\frac xc)}

    (5)

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=\Sigma_{i=0}^n\frac1{\theta-x_i}-\frac{3n}\theta

    (6)

    \frac d{d\theta}lnL(\theta)=\frac{2n}\theta-\Sigma\frac1x

    \hat\theta=\frac{2n}{\Sigma_{i=1}^n\frac1{x_i}}

  • COD作业3

    1

    1. PC: 取出PC,更新
      Inst Memory: 取指令
      Decode: 译码
      regfile: 取出rs1,写入rd
      ALU: 计算加法
      control: 译码
      MUX: 选择数据
    2. PC: 取出PC,更新
      Inst Memory: 取指令
      Decode: 译码
      regfile: 取出rs1, rs2
      ALU: 计算加法
      control: 译码
      Branch: 比较大小
      MUX: 选择数据
    3. (1) beq,bne,bge,blt,bgeu,bltu
      (2) lb,lh,lw,lbu,lhu
      (3) sb,sw,sh

    2

    1. T(流水线)=250ps, T(单周期)=1020ps

    2. t(流水线)= 1004\times250ps=251ns
      t(单周期)= 1000\times1020ps=1020ns
      加速比为 4.06

    3.

    Inst\cycle 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    add x1, x1, x3 IF ID EX MEM WB
    add x2, x1, x4 IF ID EX MEM WB
    lw x3, 0(x2) IF ID EX MEM WB
    add x5, x3, x6 IF ID ID EX MEM WB

    3

    1. Inst\cycle 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (10)
      ld x10, 0(x13) IF ID EX MEM WB IF ID
      ld x11, 8(x13) IF ID EX MEM WB IF
      add x12, x10, x11 IF ID ID EX MEM WB
      subi x13, x13, 16 IF IF ID EX MEM WB
      bnez x12, LOOP IF ID EX MEM WB
      nop IF ID
      nop IF

    每次 8 周期。

    1. 假设分支预测可以在 IF 阶段预测下一条跳转指令的位置
    Inst\cycle 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (10)
    ld x10, 0(x13) IF ID EX MEM WB IF ID
    ld x11, 8(x13) IF ID EX MEM WB IF
    add x12, x10, x11 IF ID ID EX MEM WB
    subi x13, x13, 16 IF IF ID EX MEM WB
    bnez x12, LOOP IF ID EX MEM WB

    节约 2 个周期。

    4

    • 静态预测:向后不跳向前跳
    • 1-bit predictor: 和上一次一样
    • 2-bit Saturating Counter: 2-bit state,跳+1,不跳-1,>=2时跳,很常见
    • 对不同位置的分支分别保存几次历史
    • 保存全局的分支跳转历史,并和上一条并用
    • 对函数返回的专门优化
    • etc.
  • Chapter 9

    例 4.42

    X_n \xrightarrow{P} X\Rightarrow \forall\epsilon>0, lim_{n\rightarrow\infin}P(|X_n-X|>\epsilon)=0

    Y_n \xrightarrow{P} Y\Rightarrow \forall\epsilon>0, lim_{n\rightarrow\infin}P(|Y_n-Y|>\epsilon)=0

    \therefore\forall\epsilon_0>0,\forall n,P(|X_n-X+Y_n-Y|>\epsilon_0)<P(|X_n-X|+|Y_n-Y|<\epsilon_0)

    又对 \epsilon=\frac{\epsilon_0}2, lim_{n\rightarrow\infin}P(|X_n-X|>\epsilon)=0, lim_{n\rightarrow\infin}P(|Y_n-Y|>\epsilon)=0

    \therefore lim_{n\rightarrow\infin}P(|X_n-X|+|Y_n-Y|<\epsilon_0)=0\Rightarrow lim_{n\rightarrow\infin}P(|X_n-X+Y_n-Y|>\epsilon_0)=0

    X_n+Y_n\xrightarrow{P}X+Y

    例 4.43

    X_n\sim Ge(\frac{\lambda}n) 为一随机变量序列,\lambda>0 为常数,定义 Y_n=\frac1nX_n, 求证 Y_n 依分布收敛于 Y\sim Exp(\lambda).

    F_{X_n}(k)=1-(1-\frac{\lambda}n)^{\lfloor k\rfloor}

    F_{Y_n}(k)=1-(1-\frac{\lambda}n)^{\lfloor nk\rfloor}

    lim_{n\rightarrow\infin}F_{Y_n}(k)=e^{-\lambda k}

    Y_n\xrightarrow{\mathcal L}Y

    例 4.45

    A\sim B(1,0.2)

    E(A)=0.2, Var(A)=0.2\times0.8=0.16

    A 发生的次数为 S. 由中心极限定理可知 S\sim N(100,80).

    P(80\leq S\leq120)=P(|S-100|<20)=1-\frac{80}{20^2}=0.8

    例 4.46

    X_1,X_2,X_3,\ldots 为一列独立同分布的随机变量,满足 E(X_i^k) = \alpha_k, k = 1,2,3,4, 利用中心极限定理说明 \Sigma_{i=1}^nX_i^2 的渐近分布是什么.

    Var(X_i^2)=\alpha_4-\alpha_2^2

    由中心极限定理,\Sigma_{i=1}^nX_i^2\sim N(n\alpha_1,n(\alpha_4-\alpha_2^2))

    例 4.48

    (1)

    记正常工作的部件数量为 X.

    X\sim B(100,0.9)

    P(X\geq85)\approx1-\Phi(\frac53)=0.9522(2)

    记正常工作的部件数量为X.

    则X\sim B(n,0.9)%N(0.9n, 0.09n)P(X\geq0.8n)=1-\Phi(\frac{0.1n}{0.3\sqrt n})>0.95n\geq24.35n\geq 25$.

    例 4.49

    记每次取款额度为 X, 总额度为 S

    E(X)=5.5, Var(X)=8.25

    \therefore S\sim N(1100,1650)

    S_{0.95}=1100+1.645\sqrt{1650}=1166.8 (百元)

    例 4.52

    盈利 200 万元即赔款 S 少于 1000 万元(10000k 元)。

    记车辆的赔偿额度为 A, 赔偿次数为 B,总额为 C

    A\sim U(1000,5000)

    B\sim P(2)

    C=\Sigma_{i=1}^BA_i

    E(C)=E(A)E(B)=6000

    Var(C)=E(B)Var(A)+E^2(A)Var(B)=20666.7

    \therefore S\sim N(14400 000, 49600 000 000)%var=222711

    P(S>10000 000)\approx 1

  • Chapter 8

    例 4.15

    f(x)=\frac1{\pi} (|x|<\frac{\pi}2)

    E(sinX)=\int_{-\frac{\pi}2}^{\frac{\pi}2}sinxf(x)dx=0

    E(cosX)=\frac{2}{\pi}

    E(XcosX)=0

    例 4.16

    (1)

    E(sgn^2(X))=1

    E(sgn(X))=-0.5

    Var(sgn(X))=E(sgn(X))^2-E(sgn^2(X))=0.75

    E(Xsgn(X))=E(|X|)=\frac2{2\pi}\int_0^{\infin}e^{-\frac{x^2}2}xdx=\frac1{\pi}

    例 4.20

    看不懂什么是《相同的小球》,暂且理解为不同的小球。

    P(X_a=b)=C_m^b\cdot p_a^b\cdot(1-p_a)^{m-b}

    p’_2=\frac{p_2}{1-p_1}

    P(X_2=x|X_1=k)=C_{m-k}^x p’_2{}^x(1-p’_2)^{m-k-x}

    E(X_2|X_1=k)=\Sigma_0^{m-k}x\cdot C_{m-k}^x p’_2{}^x(1-p’_2)^{m-k-x}\=(m-k)\cdot\frac{p_2}{1-p_1}

    Var(X_2|X_1=k)=(m-k)\cdot\frac{p_2}{1-p_1}\cdot\frac{1-p_1-p_2}{1-p_1}

    E(X_1+X_2)=m(p_1+p_2)

    Var(\Sigma_{i=1}^kX_i)=m(\Sigma_{i=1}^kp_i)(1-\Sigma_{i=1}^kp_i)

    例 4.26

    E(X_1+X_2+X_3)=0

    E((X_1+X_2+X_3)^2)=E(X_1^2+X_2^2+X_3^2)+2E(X_1X_2)+2E(X_2X_3)+2E(X_3X_1)=1

    Var(X_1+X_2+X_3)=1

    法二:

    0\leq x\leq\pi,0\leq y\leq2\pi

    \begin{align}
    E(&(cosx+sinxcosy+sinxsiny)^2)\
    =E(&(cosx+\sqrt2sinxsin(y+\frac{\pi}4))^2)\
    =E(&1+\sqrt2cosxsinxsin(y+\frac{\pi}4)\
    &+sin^2x(2sin^2(y+\frac{\pi}4)-1))\
    =1&+E(sin^2x)(2E(sin^2(y+\frac{\pi}4))-1)\
    =1&
    \end{align}

    Var(X_1+X_2+X_3)=1

    例 4.32

    Cov(\alpha X+\beta Y,\alpha X-\beta Y)=\alpha^2Var(X)-\beta^2Var(Y)=(\alpha^2-\beta^2)\sigma^2

    |\alpha|=|\beta| 时两变量独立。

    例 4.33

    存在,\alpha=\beta=1

    由于上题并不要求 Cov(X,Y)=0, 故结论在本题仍然成立。

    类似的题在先前的作业中也有过。

    例 4.36

    Var(Z)=Cov(Z,Z)=(\pi^2+(1-\pi^2)+2\pi(1-\pi)\rho_{X,Y})\sigma^2<\sigma^2

    由对称性,\pi=0.5 时风险最小。

    例 4.37

    \begin{align}
    &Cov(X_1,E(X_2|X_1))\
    =&E([X_1-E(X_1)][E(X_2|X_1)-E_{X_1}(E(X_2|X_1))])\
    =&\int_{X_1}[X_1-E(X_1)][E(X_2|X_1)-E(X_2)]f_{X_1}(x)dx\
    =&\int_{X_1}[X_1-E(X_1)][E(X_2)-E(X_2)]f_{X_1}(x)dx\
    =&Cov(X_1,X_2)
    \end{align}

    例 4.39

    E(S|N=n)=\frac np

    Var(S|N=n)=\frac{n(1-p)}{p^2}

    P(N=m)=C_n^mq^m(1-q)^{n-m}

    E(S)=\Sigma_{i=0}^nC_n^iq^i(1-q)^{n-i}\frac ip=\frac{E(N)}p=\frac{nq}p

    \begin{align}
    Var(S)&=E((S^2-E(S))^2)\
    &=E(S^2)-E(S)^2\
    &=\Sigma_{m=0}^n[P(N=m)E(S^2|N=m)]-E(S)^2\
    &=\Sigma_{m=0}^n[P(N=m)(E(S|N=m)^2+Var(S|N=m))]-E(S)^2\
    &=\Sigma_{m=0}^n[C_n^mq^m(1-q)^{n-m}\frac{m^2+m-mp}{p^2}]-\frac{n^2q^2}{p^2}\
    &=\frac1{p^2}(E(N^2)+(1-p)E(N))-\frac{n^2q^2}{p^2}\
    &=\frac1{p^2}(n^2q^2+nq-nq^2+(1-p)nq)-\frac{n^2q^2}{p^2}\
    &=\frac {nq}{p^2}(2-p-q)
    \end{align}

    例 4.40

    E_t(N)=Var_t(N)=\lambda t

    E(N(T))=E(\lambda t)=\lambda a

    Cov(T,N(t))=E(TN)-E(T)E(N)

    E(TN(t))=E(T\cdot E_t(N))=E(T\cdot\lambda T)

    \therefore Cov(T,N(t))=\lambda E(T^2)-E(T)\lambda a=\lambda Var(T)=\lambda b

    (2)

    Var(N)=E(Var_t(N))+Var(E_t(N))=\lambda a+\lambda b

  • 记一次WSL导致的DNS错误排查

    事情得从我重装了这个沟槽的 Windows 11 开始。

    苦于 WSL 没有 ipv6 用,而我是 ipv6 的深度用户,我决定尝试使用 mirror 网络模式让 wsl 用上 ipv6.

    在启用 mirror 模式后,起初 wsl 无法上网。按照网上教程打开了“Windows 虚拟机监控程序平台”功能后,wsl 用上了 ipv6, 不过几分钟就开始连不上了。重启以后 wsl 甚至无法启动。我不得不关掉 mirror 模式改回 nat 模式。nat 模式可以上网了,但是宿主机开始出问题:每次 dns 查询都要等 10-11s 才能返回结果。关闭“Windows 虚拟机监控程序平台”功能也无济于事。

    经过抓包,我发现所有 DNS 请求都是第一时间发出并收到回复的,但是 Windows 迟迟不给出回复。Hyper-V 虚拟交换机的子分支也抓到了包,证明 Hyper-V 虚拟交换机没有问题。当且仅当查询的名称只有 ipv4 记录或 ipv6 记录时会出问题,同时有 ipv4 记录和 ipv6 记录则会立即返回。同时,系统启动前几分钟是没问题的,后面会开始出问题,而且出问题后不会自动恢复。

    打开熟悉的网络与共享中心,找到适配器设置,我发现所有的旧适配器都被安装了“桥驱动程序”和“嵌套网络虚拟化”。禁用这两个驱动后,网络恢复了正常。

    后续零星时候还会出现 DNS 超长延时的情况。一般是某几个网络适配器的“桥驱动程序”和“嵌套网络虚拟化”驱动没有被禁掉导致的。禁用以后就恢复正常了。我尝试删除这两个驱动,会报错无法删除。


    坠机了,失败了。

    卸载了 WSL 也不行。

    不过在重装 WSL 时发现它用 dism.exe 按照了 VirtualMachinePlatform

    正在安装 Windows 可选组件: VirtualMachinePlatform

    可能跟这个有关。

    下次把 Hyper-V 和 WSL 和其它东西一起卸载一遍试试,还有 docker 和 Sandbox.


    在删掉 Hyper-V 和 Docker for Windows 后两个驱动消失不见了,症状也没有复发,是好事。不过如何彻底关掉 Hyper-V(VBS) 又是一个新的问题了,下一篇文章再讲。

  • Chapter 7

    例 4.3

    E(X) = 0.5\times0+0.5\times4=2

    例 4.4

    \begin{align}
    E(X)&=\int_0^{\infin}xf(x)dx=\int_0^{\infin}\frac{x^2}{\sigma^2}e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}}dx\
    &=\sigma\int_0^{\infin}x^2e^{-\frac{x^2}2}dx\
    &=-\sigma\int_0^{\infin}xd(e^{-\frac{x^2}2})\
    &=\sqrt2\sigma\int_0^{\infin}e^{-x^2}dx\
    &=\sqrt{\frac{\pi}2}\sigma
    \end{align}

    \begin{align}
    Var(X)&=E(X^2)-E(X)^2\
    &=\int_0^{\infin}\frac{x^3}{\sigma^2}e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}}dx
    -\frac{\pi\sigma^2}2\
    &=4\sigma^2\int_0^{\infin}xe^{-x}dx-\frac{\pi\sigma^2}2\
    &=(4-\frac{\pi}2)\sigma^2
    \end{align}

    1. $$
      E(X)=\int_1^0x\frac{\Gamma(\alpha+\beta)}{\Gamma(\alpha)\Gamma(\beta)}x^{\alpha-1}(1-x)^{\beta-1}d(1-x)\
      =\frac1{\beta}\int_1^0\frac{\Gamma(\alpha+\beta)}{\Gamma(\alpha)\Gamma(\beta)}x^{\alpha}d(1-x)^{\beta}
      $$

    $$
    \begin{align}
    E(1-X)&=\int_1^0(1-x)\frac{\Gamma(\alpha+\beta)}{\Gamma(\alpha)\Gamma(\beta)}x^{\alpha-1}(1-x)^{\beta-1}d(1-x)\
    &=\frac1{\alpha}\int_0^1\frac{\Gamma(\alpha+\beta)}{\Gamma(\alpha)\Gamma(\beta)}(1-x)^{\beta}dx^{\alpha}
    \end{align}
    $$

    $-\beta E(X)+\alpha E(1-x)=
    \int_0^1\frac{\Gamma(\alpha+\beta)}{\Gamma(\alpha)\Gamma(\beta)}d((1-x)^{\beta}x^{\alpha})=0$

    又显然 $E(X)+E(1-X)=1$

    故 $E(X)=\frac{\alpha}{\alpha+\beta}$.

    $$
    \begin{align}
    E(X^2)&=\int_1^0x\frac{\Gamma(\alpha+\beta)}{\Gamma(\alpha)\Gamma(\beta)}x^{\alpha}(1-x)^{\beta-1}d(1-x)\
    &=\int_1^0x\frac{\frac1{\alpha+\beta}\Gamma(\alpha+\beta+1)}{\frac1{\alpha}\Gamma(\alpha+1)\Gamma(\beta)}x^{\alpha}(1-x)^{\beta-1}d(1-x)\
    &=\frac{\alpha}{\alpha+\beta}\cdot\frac{\alpha+1}{\alpha+\beta+1}
    \end{align}
    $$

    $$
    \begin{align}
    Var(X)&=E(X^2)-E(X)^2\
    &=\frac{\alpha\beta}{(\alpha+\beta)^2(\alpha+\beta+1)}
    \end{align}
    $$

    1. $$
      f(x)dx=e^{-(\frac x{\lambda})^k}d(\frac x{\lambda})^k
      $$

    $$
    \begin{align}
    E(X)&=\int_0^{\infin}xf(x)dx\
    &=\lambda\int_0^{\infin}xd(-e^{-x^k})\
    &=\lambda\int_0^{\infin}e^{-x^k}dx\
    &=\lambda\int_0^{\infin}e^{-t}d(t^{\frac1k})\
    &=\lambda\frac1k\int_0^{\infin}t^{\frac {1-k}k}e^{-t}dt\
    &=\lambda\frac1k\Gamma(\frac{1-k}k)\
    &(???)
    \end{align}
    $$

    例 4.7

    记空盒子个数为 X.

    P_n(X\geq k)=\frac1{n^n}\cdot

    例 4.9

    E(W_1)=\frac a{a+b}

    E(W_2)=E(W_1)+\frac {a+E(W_1)}{a+b+1}=\frac{a+b+2}{a+b+1}E(W_1)+\frac a{a+b+1}

    E(W_2)+a=\frac{a+b+2}{a+b+1}(E(W_1)+a)

    E(W_n)+a=\frac{a+b+2}{a+b+1}(E(W_{n-1})+a)

    \Rightarrow E(W_n)=(\frac{a+b+2}{a+b+1})^{n-1}\cdot\frac{a+a^2+ab}{a+b}-a

    例 4.13

    f(x)=2(x-1),1<x<2

    E(Y)=\int_1^2yf(x)dx=2e=5.4366

    E(Z)=\int_1^2zf(x)dx=2-2ln2=0.6137

    例 4.18

    f_{Y|X}(y|x)=\frac1x,\space x=1,2

    f(y)=\sum_xf_{Y|X}(y|x)P(X=x)=\begin{cases}
    \frac34, &0<y<1\
    \frac14, &1<y<2
    \end{cases}

    (2)

    E(Y)=\int_0^2yf(y)dy=\frac34

    例 4.19

    由例 3.47 得 X+YX-Y 线性无关。

    Var(X-Y)=Var(X)+Var(Y)-2Cov(X,Y)=0.5

    E(X-Y)=0

    f_Z(z)=2\frac{e^{-z^2}}{\sqrt{\pi}} (???)

    E(Z)=\frac1{\sqrt{\pi}}

    (2)

    Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y)+2Cov(X,Y)=1.5

    U=|X+Y|+|X-Y|,V=|X+Y|-|X-Y|

    例 4.21

    (1)

    \begin{align}
    P(X=k|X+Y=m)
    &=\frac{\frac{\lambda^k\mu^{m-k}}{k!(m-k)!}}{\sum_{i=0}^m\frac{\lambda^i\mu^{m-i}}{i!(m-i)!}}\
    &=\frac{C_m^k\lambda^k\mu^{m-k}}{\sum_{i=0}^mC_m^i\lambda^i\mu^{m-i}}\
    &=\frac{C_m^k\lambda^k\mu^{m-k}}{(\mu+\lambda)^m}
    \end{align}

    \begin{align}
    E(X|X+Y=m)&=\sum_{k=0}^mkP(X=k|X+Y=m)\
    &=\frac{\mu^m}{(\mu+\lambda)^m}\sum_{k=0}^mkC_m^k\left(\frac{\lambda}{\mu}\right)^k
    \end{align}

    \begin{align}
    \sum_{k=0}^mkC_m^k\left(\frac{\lambda}{\mu}\right)^k
    &=\left.\left[\sum_{k=0}^mC_m^k\left(x\right)^{k+1}\right]^{\prime}\right|_{x=\frac{\lambda}{\mu}}\
    &=\left.\left[x(x+1)^m\right]^{\prime}\right|_{x=\frac{\lambda}{\mu}}\
    &=\left.\left[(mx+x+1)(x+1)^{m-1}\right]\right|_{x=\frac{\lambda}{\mu}}\
    &=\frac{(\lambda+\mu)^{m-1}((m+1)\lambda+\mu)}{\mu^m}
    \end{align}

    \therefore E(X|X+Y=m)=\frac{(m+1)\lambda+\mu}{\lambda+\mu}

    (2)

    Cov(X+Y, X-Y)=Var(X)-Var(Y)=0

    X+Y,X-Y 相互独立。

    \begin{align}
    P(X=k|X+Y=m)&=P(X-Y=2k-m)\
    &=\frac{C_n^kC_n^{m-k}p^m(1-p)^{2n-m}}
    {p^m(1-p)^{2n-m}\sum_{x=0}^mC_n^xC_n^{m-x}}\
    &=\frac{C_n^kC_n^{m-k}}
    {\sum_{x=0}^mC_n^xC_n^{m-x}}\
    \end{align}

    E(X|X+Y=m)=\frac{E(X-Y)+m}2=\frac m2

    例 4.23

    E(\omega X+(1-\omega)Y)=\omega\mu+(1-\omega)\cdot2\mu=(2-\omega)\cdot\mu

    \begin{align}
    Var(\omega X+(1-\omega)Y)&=
    \omega^2Var(X)+(1-\omega)^2Var(Y)+2\omega(1-\omega)Cov(X,Y)\
    &=\omega^2\sigma^2+3(1-\omega)^2\sigma^2+2\omega(1-\omega)\cdot0.5\times\sqrt3\sigma^2\
    &=\sigma^2\left(4\omega^2-6\omega+3+\sqrt3\omega-\sqrt3\omega^2\right)\
    &=\left[(4-\sqrt3)\omega^2-(6-\sqrt3)\omega+3\right]\sigma^2
    \end{align}

    R(\omega)^2=\frac{(2-\omega)^2}{(4-\sqrt3)\omega^2-(6-\sqrt3)\omega+3}\frac{\mu^2}{\sigma^2}

    \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d\omega}}lnR(\omega)^2=-\frac2{2-\omega}-\frac{2(4-\sqrt3)\omega-6+\sqrt3}{(4-\sqrt3)\omega^2-(6-\sqrt3)\omega+3}=0

    \omega=\frac{42}{73}-\frac{2\sqrt3}{73}\approx0.528

    R_{max}=\frac49(7-2\sqrt3)\approx1.5715

    例 4.25

    f(X)=2e^{-2x}

    F(X)=P(X<x)=1-e^{-2x}

    F(min{X_1,X_2})=F_{X_1}(x)F_{X_2}(x)=(1-e^{-2x})^2

    E(min{X_1,X_2})=\int_0^{\infin}(1-F(min{X_1,X_2}))dx=

    F(max{X_1,X_2})=1-(1-F_{X_1}(x))(1-F_{X_2}(x))=1-e^{-4x}

    E(max{X_1,X_2})=\int_0^{\infin}(1-F(max{X_1,X_2}))dx=\frac14