Un creador de contenido tiene una torre con dos PCs, una de streaming y otra de gaming, el funcionamiento de la torre depende de que ambas PCs funcionen correctamente y la probabilidad de que falle el PC de streaming es de 0.6.
Para responder a las preguntas vamos a usar la siguiente notación:
¿Cuál es la probabilidad de que falle el PC de gaming dada la probabilidad de que lo haga el de streaming y sabiendo que la probabilidad de que ambos fallen es de 0.2?
Solución:
Sabemos que la probabilidad de que falle el PC de gaming utilizando el concepto de probabilidad condicionada y nos quedaría:
\(P(gaming / streaming)= \frac{P(gaming \hspace{0.05in} \cap \hspace{0.05in} streaming))}{P(straming)}=\frac{0.2}{0.6}=0.33\)
¿Cuál es la probabilidad de que la torre funcione correctamente?
Solución:
Para saber la probabilidad de que la torre funcione podemos partir de la probabilidad de que falle, en este caso basta con que uno de los PCs no funcione o lo que es lo mismo \(P(gaming \cup streaming)\), y nos queda:
\(P(torre) = P(streaming) + P(gaming) - P(streaming \cap gaming)=0.6 + 0.33 - 0.2 = 0.73\)
\(P(torre funcione) = 1 - P(torre) = 1 - 0.73 = 0.27\)
Si suponemos que los PCs funcionan de manera independiente, ¿cuál es la probabilidad de que ambos fallen?
Solución:
Cuando hablamos de sucesos independientes, sabemos que la probabilidad viene dada por \(P(A \cap B) = P(A) * P(B)\), entoces:
\(P(streaming\hspace{0.05in}\cap\hspace{0.05in}gaming)=P(streaming)*P(gaming)=0.6*0.33=0.198\)
Ahora vamos a suponer que la torre sólo necesita el correcto funcionamiento de uno de los dos PCs para funcionar y que la probabilidad de que falle el PC gaming sabiendo la del PC de streaming es 0.44 . ¿Cuál es la probabilidad de que la torre no funcione?.
Solución:
La probabilidad de que no funcione la torre nos quedaría así:
\(P(streaming\hspace{0.05in}\cap\hspace{0.05in}gaming)=P(gaming/streaming) * P(streaming)\)
\(P(streaming\hspace{0.05in}\cap\hspace{0.05in}gaming)=0.44 * 0.6 = 0.264\)
Supongamos que estamos estudiando el número de hijos que tiene una familia en Japón, donde X es el número de hijos de una familia con posibles valores de 1 a 6. La probabilidad de tener 1 hijo es de \(\frac{4}{15}\), 2 de \(\frac{4}{15}\), 3 de \(\frac{3}{15}\), 4 de \(\frac{2}{15}\), 5 de \(\frac{1}{15}\) y 6 de \(\frac{1}{15}\).
En este caso debemos calcular la probabilidad de tener menos de 3 hijos. Para ello calculamos:
\(P(X<3)=P(X=1)+P(X=2)=\frac{4}{15}+\frac{4}{15}=\) 0.5333333
Calculamos para ello la probabilidad de que X sea mayor o igual que 3.
\(P(X\geq 3)=1-P(X<3)=1-\frac{8}{15}=\) 0.4666667
Calculamos para ello el valor esperado de X.
\(\mu_{x}=1*\frac{4}{15}+2*\frac{4}{15}+3*\frac{3}{15}+4*\frac{2}{15}+5*\frac{1}{15}+6*\frac{1}{15}=\) 2.6666667
Vamos a calcular la varianza.
\(\sigma_{x}^2=1^2*\frac{4}{15}+2^2*\frac{4}{15}+3^2*\frac{3}{15}+4^2*\frac{2}{15}+5^2*\frac{1}{15}+6^2*\frac{1}{15}-\) 2.6666667\(^2=\) 2.2222222
***
En un casino hay una ruleta donde se realizan apuestas, esta tiene los números del 0 al 36. A su vez, la tabla de apuestas tiene diferentes apartados para apostar como la mitad de los numeros, a la docena, pares e impares, etc…
Todos los calculos los haremos aplicando esta binomial: \(X\sim Bi(n,\frac{i}{37})\)
\(X\sim Bi(100,\frac{1}{37})\) Para un número
\(P(X=2)=\binom{100}{2}*(\frac{1}{37})^{2}*(\frac{36}{37})^{98}\)
\(dbinom(2,100,(1/37))=0.2466482\)
2.Probabilidad de que salga tres veces seguidas el número 7
\(X\sim Bi(3,\frac{1}{37})\) Para un número
\(P(X =
3)=\binom{3}{3}*(\frac{1}{37})^{3}*(\frac{36}{37})^{0}\)
\(dbinom(3,3,(1/37))=0.00001974217\)
\(X\sim
Bi(25,\frac{18}{37})\) Para la mitad
\(X\sim Bi(25,\frac{12}{37})\) Para una
docena
\(X\sim Bi(25,\frac{31}{37})\)
\(P(X\geq
23)=P(X=0)+P(X=1)+P(X=2)\)
\(1-P(X\leq
23)=1-(P(X=0)+P(X=1)+ ... +P(X=23))\)
\(P(X=0)=\binom{25}{0}*(\frac{31}{37})^{0}*(\frac{6}{37})^{25}\)
\(P(X=1)=\binom{25}{1}*(\frac{31}{37})^{1}*(\frac{6}{37})^{24}\)
\(P(X=23)=\binom{25}{23}*(\frac{31}{37})^{23}*(\frac{6}{37})^{2}\)
\(1-pbinom(23,25,(31/37))=0.07003516\)
\(X\sim
Bi(25,\frac{12}{37})\) Para una docena
\(X\sim Bi(25,\frac{24}{37})\) Union
entre pares y la docena
\(P(X =
30)=\binom{50}{30}*(\frac{24}{37})^{30}*(\frac{13}{37})^{20}\)
\(dbinom(30,50,(24/37))=0.08879904\)
Un equipo de baloncesto nos ha pedido que les saquemos una serie de estadisticas sobre su juego. Para ello hemos tomado la cantidad de canastas que hacen por partido. Después de tomar las suficientes muestras, ha salido una media de 97 puntos por partido. Y una desviación típica de 16.
En este caso debemos calcular la probabilidad de anotar más de 104 puntos. Para ello calculamos:
\(P(X>104)=1-P(x<104)=1-dnorm(104,97,16)= 0.9773417\)
Calculamos para ello la probabilidad de que X sea menor que 110 y mayor o igual que 80.
\(P(80\leq X<110)=P(X\leq 110)-P(X\leq 80)=pnorm(110,97,16)-pnorm(80,97,16)=0.6477432\)
Para ello calculamos.
\(P(x \leq 93 / x \geq 85 ) = \frac{P(85 \leq x \leq 93)}{P(x \geq 85)}=\frac{P(x \leq 93)-P(x \leq 85)}{1-P(x \leq 85)}\) \((pnorm(93,97,16)-pnorm(85,97,16))/(1-pnorm(85,97,16)) = 0.2258501\)
\(P(97-k \leq x \leq 97+k) = 0.8 \hspace{9cm}\) \(P(x \leq 97+k) - P(x \leq 97-k)= 0.8 \hspace{8cm}\) \(P(x \leq 97+k) - (1- P(x \leq 97+k)= 0.8 \hspace{8cm}\) \(2(P(x \leq 97+k)) - 1 = 0.8 \hspace{9cm}\) \(P(x \leq 97+k)=\frac{1.8}{2} \hspace{9cm}\) \(qnorm(0.9,97,16)=117.5048 \hspace{9cm}\) \(97+k=117.5048 \hspace{10cm}\) \(k=20.50483 \hspace{12cm}\) \((117.5,76.4) \hspace{11cm}\)
En los últimos meses hemos podido observar diversas huelgas de agricultores por nuestras calles. Queremos comprobar, si su sueldo es igual al del resto de la población española. Para ello, se ha obtenido de una muestra de 100 agricultores la media del salario durante el año pasado, siendo esta de 24.086 euros, con una desviación de 6000 euros. También se ha obtenido otra muestra de 100 trabajadores de diferentes oficios en España, y se ha obtenido una media de 25.540 euros, con una desviación de 8000 euros.
Se trata de un estudio con dos muestras independientes, ya que las variables no están relacionadas con un mismo sujeto. En este caso tenemos una muestra mayor a 30, por lo que se puede suponer normal y estudiarse con \(z_s\).
La hipótesis nula(\(H_0\)) es la afirmación que quiere ser comprobada, mientras que la hipótesis alternativa(\(H_1\)) es la opuesta a la hipótesis nula.
Nuestra \(H_0\) sería que el sueldo medio de la población(\(\mu_1\)) fuese igual al sueldo medio anual de los agricultores(\(\mu_2\)). La \(H_1\) sería que el sueldo anual de la población fuese diferente al de los agricultores.
\(H_0:\mu_1-\mu_2=0 \\ H_1:\mu_1-\mu_2\neq0\)
Vamos a calcular el valor de estadístico test con \(z_s\).
\(z_s=\frac{\overline{x}_1-\overline{x}_2}{\sqrt{(\sigma_1^2/n_1)+(\sigma_2^2/n_2)}}=\frac{25540-24086}{\sqrt{(8000^2/100)+(6000^2/100)}}=\) 1.454
Ahora calcularemos el p-valor. En este caso es un test bilateral (debido al contraste del estudio), por lo que usaremos la fórmula:
2(1-pnorm(abs(\(z_s\)))) = 2(1-pnorm(abs(1.454))) = 0.1459463
Como el p-valor>\(\alpha\) (por defecto se toma \(\alpha\)=0,05) podemos concluir que las diferencias son debidas al azar. No podemos rechazar \(H_0\), por lo que concluimos que un agricultor de media gana lo mismo que la media de la población española.
Tenemos a un desarrollador de software intentando decidir qué lenguaje de programación utilizar en su proyecto,se plantea elegir entre Java o Python, elegirá el que tenga menos tiempo de ejecución y para ello va probar una función en ambos lenguajes. Considerando que las poblaciones tienen distribución normal y sabiendo que son emparejadas, los están datos en milisegundos:
1.Tomando muestras n=40 en cada población, hay alguna forma de probar la hipótesis de que ambos tienen el mismo tiempo medio de ejecución sabiendo que \(S_{d}\) es 0.0268, \(\overline{d}\) vale 0.1956?.
La hipótesis a probar es \(H_{0}:\mu_{d}=0\) frente a \(H_{1}:\mu_{d}\neq 0\)
El valor del estadístico de contraste es:
\(z_{s} = \frac{\overline{d}-d_{0}}{S_{d}/\sqrt{n}}\)
\(z_{s} = \frac{0.1956 - 0}{0.0268 * \sqrt(40)}\)
\(z\_{s} = 1.1539\)
\(z_{\alpha/2} = 1.96\)
\(P-Valor = 2*(1-pnorm(1-0.05/2)) = 0.3297\)
Como \(z_{s} < z_{\alpha/2}\)
entonces con un nivel de confianza del 95% aceptamos \(H_{0}\), por lo tanto no tenemos evidencia
de que un lenguaje sea mejor que el otro pues las diferencias que puedan
haber entre sus medias serían debidas al azar.
2. Si tenemos en cuenta un nivel de confianza del 99%,y esta vez tomamos mustras n=20, la media de éstas poblaciones podría ser mayor a 0.15?
La hipótesis a probar es \(H_{0}:\mu \leq 0.15\) frente a \(H_{1}:\mu > 0.15\)
El estadístico de contraste es:
\(t_{s} = \frac{\overline{d}-d_{0}}{S_{d}/\sqrt{n}}\)
\(t_{s} = \frac{0.1956 - 0.15}{0.0268 *\sqrt(20)}\)
\(t_{s} = 0.3805\)
\(P-Valor = 1-pt(0.3805,19) = 0.3539\)
Como \(P-Valor > \alpha\) entonces no rechazamos \(H_{0}\) y concluimos que no hay evidencia estadística en contra de \(H_{0}\), la media de éstas poblaciones puede ser mayor que 0.15 y las diferencias entre ellas serían debidas al azar.
En un zoológico se quieren probar dos tipos de alimentos para 20 cervatillos. Se separan en dos grupos de 10, dándole al primer grupo hojas de plantas, árboles y arbustos, y frutos y bayas al segundo grupo. Al cabo de un mes con esta dieta, se obtienen los siguientes pesos:
En el grupo 1 -> 13.1, 13.3, 12.8, 13.5, 12.9, 12.6, 13.2, 12.7, 13.4, 13.0
En el grupo 2 -> 11.2, 11.4, 10.8, 11.1, 11.3, 10.9, 11.0, 11.5, 11.2, 11.3
No consideramos que siguen una distribución normal.
Se trata de un estudio con dos muestras independientes, ya que las variables no están relacionadas con un mismo sujeto. Como su n es menor a 30 y no se considera normal, es un test no paramétrico, por lo que usaremos el test de Wilcoxon.
La hipótesis nula(\(H_0\)) es la afirmación que quiere ser comprobada, mientras que la hipótesis alternativa(\(H_1\)) es la opuesta a la hipótesis nula.
Nuestra \(H_0\) sería que el peso medio del grupo 1(\(\mu_1\)) fuese igual al peso medio del grupo 2(\(\mu_2\)). La \(H_1\) sería que el peso medio del grupo 1 fuese diferente al peso medio del grupo 2.
\(H_0:\mu_1-\mu_2=0 \\ H_1:\mu_1-\mu_2\neq0\)
Usando el test de Wilcoxon guardando los pesos correspondientes en dos vectores.
grupo_1<-c(13.1, 13.3, 12.8, 13.5, 12.9, 12.6, 13.2, 12.7, 13.4, 13.0)
grupo_2<-c(11.2, 11.4, 10.8, 11.1, 11.3, 10.9, 11.0, 11.5, 11.2, 11.3)
wilcox.test(grupo_1, grupo_2, conf.level =0.93, conf.int = TRUE)
## Warning in wilcox.test.default(grupo_1, grupo_2, conf.level = 0.93, conf.int =
## TRUE): cannot compute exact p-value with ties
## Warning in wilcox.test.default(grupo_1, grupo_2, conf.level = 0.93, conf.int =
## TRUE): cannot compute exact confidence intervals with ties
##
## Wilcoxon rank sum test with continuity correction
##
## data: grupo_1 and grupo_2
## W = 100, p-value = 0.0001806
## alternative hypothesis: true location shift is not equal to 0
## 93 percent confidence interval:
## 1.600003 2.100030
## sample estimates:
## difference in location
## 1.9
Necesitamos comparar el p-valor con alpha para ver si podemos rechazar o no la hipótesis nula. En este caso el \(p-valor=0.0001806\) y \(\alpha=1-0.93=0.07\).
Como p-valor<\(\alpha\) rechazamos \(H_0\), por lo que concluimos que el peso de los cervatillos no es el mismo si a estos los sometemos a dietas diferentes.
El departamento de sistemas informáticos de la ESII ha recibido el mandato de renovar los equipos en los laboratorios de prácticas de la escuela y se encuentran con el problema de decidir entre tres marcas para los ordenadores de mesa, HP,DELL,LENOVO; querremos saber si la marca influye en la calidad de los dispositivos para poder decantarse.Sabemos que las puntuaciones de calidad(0-100) siguen una distribución normal, se han tomado las puntuaciones de calidad de las marcas en cinco universidades y se han obtenido los siguientes resultados:
| Marcas | Puntos | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| HP | 58.87905 | 59.53965 | 63.11742 | 60.14102 | 60.25858 |
| DELL | 64.43013 | 61.92183 | 58.46988 | 59.62629 | 60.10868 |
| LENOVO | 64.44816 | 62.71963 | 62.80154 | 62.22137 | 60.88832 |
Datos:
\(H_0=\mu_1=\mu_2=\mu_3=...=\mu_n\):
\(H_1=\) no \(H_0\)
\(b=15\)
\(n=3\)
hp = c(58.87905,59.53965,63.11742,60.14102,60.25858)
dell = c(64.43013,61.92183,58.46988,59.62629,60.10868)
lenovo = c(64.44816,62.71963,62.80154,62.22137,60.88832)
datos_calidad = c(hp,dell,lenovo)
puntuacion=factor(c(rep("HP",5),rep("DELL",5),rep("LENOVO",5)))
summary(aov(datos_calidad~puntuacion))
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## puntuacion 2 13.58 6.789 2.104 0.165
## Residuals 12 38.73 3.227
library(knitr)
kable(
data.frame(
Variacion = c(" Entre grupos ", " Dentro de grupos ", "Total"),
"DF" = c(" b-1=2 ", " N-b=12 ", " N-1=14 "),
"SS" = c(" SSE=13.58 ", " SSD=38.73 ", " SST=52.31 "),
"MS" = c(" MSE=6.789 ", " MSD=3.227 ", " Fs=2.104 ")
),
digits = 10,
booktabs = TRUE
)
| Variacion | DF | SS | MS |
|---|---|---|---|
| Entre grupos | b-1=2 | SSE=13.58 | MSE=6.789 |
| Dentro de grupos | N-b=12 | SSD=38.73 | MSD=3.227 |
| Total | N-1=14 | SST=52.31 | Fs=2.104 |
Al ser el P-Valor = 0.165 mayor al nivel de significación 0.05 aceptamos la hipótesis nula por lo tanto no podemos concluir que la la marca influye en la calidad de los equipos
Ahora nos encontramos en la siguiente situación, el departamento de sistemas informáticos recibe nuevos fondos y se incluyen entre las marcas APPLE y sus famosos iMAC pero uno de los expertos en sistemas considera que el SO también influye en la calidad del producto, en este caso los sistemas operativos son Windows, Linux y MACOS, queremos averiguar si el SO y la marca influyen de manera significativa.
Datos:
\(H_0\):Los resultados medios de calidad obtenidos no dependen de la marca
\(H_1\): no \(H_0\)
\(H'_0\):Los resultados medios de calidad obtenido no dependen del SO
\(H'_1\): no \(H'_0\)
\(P=3\)
\(B=5\)
hp = c(89.31857,68.30947,50.67612)
dell = c(85.21153,75.38786,40.14519)
lenovo = c(80.38275,65.20482,36.93944)
apple = c(33.66301,88.67225,96.07944)
datos_calidad = c(hp,dell,lenovo,apple)
datos_so = factor(rep(c("Windows","Linux","MacOS"),4))
datos_marca=factor(c(rep("HP",3),rep("DELL",3),rep("LENOVO",3),rep("APPLE",3)))
summary(aov(datos_calidad~datos_so+datos_marca))
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## datos_so 2 809 404.5 0.557 0.600
## datos_marca 3 230 76.6 0.105 0.954
## Residuals 6 4360 726.7
library(knitr)
kable(
data.frame(
Variacion = c("Entre grupos","Dentro bloques","Azar","Total"),
DF = c("P-1=2", "B-1=3", "(P-1)*(B-1) = 6","P*B-1=11"),
SS = c("SSE=809","SSB=230","SSD=4360","SST=5399"),
MS = c("MSE=404.5","MSB=76.6","MSD=726.7",""),
"F" = c("F1=0.557","","F2=0.105",""),
PValor = c("P-Valor=0.600","","P-Valor=0.954","")
),
digits = 10,
booktabs = TRUE
)
| Variacion | DF | SS | MS | F | PValor |
|---|---|---|---|---|---|
| Entre grupos | P-1=2 | SSE=809 | MSE=404.5 | F1=0.557 | P-Valor=0.600 |
| Dentro bloques | B-1=3 | SSB=230 | MSB=76.6 | ||
| Azar | (P-1)*(B-1) = 6 | SSD=4360 | MSD=726.7 | F2=0.105 | P-Valor=0.954 |
| Total | P*B-1=11 | SST=5399 |
Ya que el P-Valor tanto de las marcas como el de los sistemas operativos son mayores al nivel de significacion 0.05, entonces aceptamos la dos hipótesis nulas, concluyendo que ni la marca ni el sistema operativo influye en lo suficiente en la calidad para decantarse por uno u otro.
Si el P-Valor 2 fuese menor que el nivel de significación 0.05, esto nos estaría diciendo que el SO sí influye en la calidad, por lo tanto para los equipos de los laboratorios elegiríamos el SO con mayor puntuación indpendientemente de la marca.
Un entrenador de un club de atletismo ha tomado datos sobre sus alumnos de temprana edad, para ver como van mejorando con el tiempo. Para ello nos ha pedido que veamos la forma en la que el rendimiento depende del tiempo de entrenamiento semanal.
Rendimiento = 90, 85, 95, 88, 92, 87, 89, 86, 84, 91, 83, 88, 85, 90, 87, 88, 82, 91, 87, 84, 90, 86, 81, 89, 88, 83, 88, 85, 91, 87, 89, 85, 90, 86. Horas/Semanales = 10, 8, 12, 6, 15, 9, 11, 10, 8, 14, 7, 13, 9, 12, 8, 11, 7, 14, 10, 8, 12, 9, 6, 13, 10, 7, 11, 8, 14, 9, 12, 10, 13, 8.
Para resolver el siguiente apartado utilizaremos el comando cor().
\(rendimiento <- c(90, 85, 95, 88, 92, 87, 89, 86, 84, 91, 83, 88, 85, 90, 87, 88, 82, 91, 87, 84, 90, 86, 81, 89, 88, 83, 88, 85, 91, 87, 89, 85, 90, 86)\) \(tEntrenamiento <- c(10, 8, 12, 6, 15, 9, 11, 10, 8, 14, 7, 13, 9, 12, 8, 11, 7, 14, 10, 8, 12, 9, 6, 13, 10, 7, 11, 8, 14, 9, 12, 10, 13, 8)\) \(cor(rendimiento,tEntrenamiento)=0.8227125\)
Para comprobar esto utilizaremos lillie.test(). Y nuestras hipotesis serían las siguiente: \(H_0 = sí \hspace{0,1cm} sigue \hspace{0,1cm} una \hspace{0,1cm} distribución \hspace{0,1cm} normal.\\ H_1 = no \hspace{0,1cm} sigue \hspace{0,1cm} un \hspace{0,1cm} distribución \hspace{0,1cm} normal.\hspace{8cm}\) \(library(nortest)\hspace{11cm}\) \(lillie.test(summary(lm(rendimiento \sim tEntrenamiento))\$residuals)\hspace{2cm}\) \(p-valor=0.0002208 < 0.05\hspace{20cm}\) \(Rechazamos \hspace{0,1cm}H_0\).
Para poder realizar primero tenemos que crear un nuevo vector de tipo data.frame y le concatenamos el valor que queramos predecir.
\(xEntrenamiento=data.frame(tEntrenamiento=c(8))\) \(predict(lm(rendimiento\sim tEntrenamiento),xEntrenamiento, interval='prediction', level=0.80)\) \((82.79767,87.58928)\)
Utilizaremos el comando confint() para calcular el intervalo de la pendiente.
\(confint(lm(rendimiento\sim tEntrenamiento))\) \((74.393793, 79.677186)\)
Seleccionar un conjunto de datos sobre el cual trabajar.
Hemos elegido como datos la calidad del aire en Nueva York de mayo a
septiembre de 1973
Realizar un análisis descriptivo, destacando aquellos hallazgos que puedan requerir un análisis posterior con mayor profundidad.
Analizaremos los niveles de Ozono dada la temperatura y los niveles de radiación solar dado el mes.
plot(airquality$Ozone~airquality$Temp)
abline(lm(airquality$Ozone~airquality$Temp))
boxplot(airquality$Solar.R~airquality$Month)
En las siguiente gráfica no hemos encontrado relación aparente entre las variables “Wind” y “Day”
plot(airquality$Wind,airquality$Day)
Definir los objetivos del trabajo en base a los primeros descubrimientos.
El objetivo es estudiar la evolución de los niveles de ozono en dos meses diferentes en Nueva York.
Filtrar los datos: Trabajaremos con los niveles de ozono de mayo y junio del año 1973.
Plantear hipótesis inicial: No se han encontrado diferencias en las medias de los niveles de ozono en los meses de mayo y junio.
Contrastar estas hipótesis mediante test estadísticos:
OzonoMayo <- na.omit(airquality$Ozone[airquality$Month=="5"])
OzonoJunio <- na.omit(airquality$Ozone[airquality$Month=="6"])
dmu <- abs(mean(OzonoMayo) - mean(OzonoJunio));
t.test(OzonoMayo,OzonoJunio, mu=dmu)
##
## Welch Two Sample t-test
##
## data: OzonoMayo and OzonoJunio
## t = -1.5602, df = 16.938, p-value = 0.1372
## alternative hypothesis: true difference in means is not equal to 5.82906
## 95 percent confidence interval:
## -21.598419 9.940299
## sample estimates:
## mean of x mean of y
## 23.61538 29.44444
Bibliografía