Autor Tema: Definición de aleatorio

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26 Agosto, 2012, 05:58 pm
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Raúl Aparicio Bustillo

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Dada una sucesión (finita) de números, cómo se sabe si es aleatoria, y ¿cuál es el error que se comete al dar la probabilidad como la frecuencia relativa de los mismos?

29 Agosto, 2012, 12:12 pm
Respuesta #1

Capitan Trueno

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Yo diría que la propiedad de ser aleatoria no depende del conjunto de valores que toma dicha sucesión sino de la forma como ha sido generada, por lo tanto tal y como se ha redactado el enunciado no es posible saberlo.

Te expongo un ejemplo sencillo para aclararlo. Imagina que la sucesión es 2, 3, 6, 5, 2, 2, 4, ...

Si decimos que dicha sucesión se ha obtenido tirando un dado, podríamos asegurar, admitiendo que el dado esta bien equilibrado, que la sucesión es aleatoria, porque el siguiente elemento de la sucesión podría ser cualquiera, pero ...

Si decimos que dicha sucesión esta formada por los dígtos de la mantisa de \( \sqrt[ ]{\pi} \) a partir de la posición 10.000.000 entonces dicha sucesión no sería aleatoria, porque el siguiente término estaría perfectamente definido, tan solo habría que calcularlo.

Creo que el error es nulo.

Salu2

29 Agosto, 2012, 12:49 pm
Respuesta #2

Raúl Aparicio Bustillo

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Investigando creo que hay una definición de aleatoriedad a partir de la complejidad de Komogorov de la cadena. Por ejemplo, tenemos un generador de valores aleatorios a partir de los resultados de lanzar una moneda de un tipo determinado. El experimento no especifica más, así que se pueden incluir (en orden cronológico), pues se supone que los lanzamientos son independientes, dicha serie no va a ser infinita, aunque nuestra porción de sucesión de caras y cruces que obtenemos no es toda ( pues habrá gente que esté haciendo el mismo experimento y nos vamos a calcular resultados).

Sin embargo, hay una probabilidad teórica del número de caras y de cruces que llegarían a salir si el experimento se repitiera hasta el infinito, aunque no se puede calcular como un límite de la frecuencia relativa hacia el infinito ( los otros experimentadores que hacen el experimento tendrían más datos pero al final, todas las moneda se rompería, la moneda con la que lo hacemos terminará por destruirse todos sus ejemplares con el paso del tiempo ,etc....).Es decir, el número de repeticiones podría ser mucho mayor que nuestro n, pero nunca infinito.

En cualquier caso, ¿podemos dar una cota de error, si nuestro experimento se lleva a cabo n veces, que es sólo una pequeña parte de todas las veces que se repite el experimento, según el número de repeticiones, para la distancia entre la frecuencia relativa de caras (o de cruces) y la probabilidad ( entendida en el sentido de arriba) , en función de n?.

29 Agosto, 2012, 01:03 pm
Respuesta #3

feriva

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Dada una sucesión (finita) de números, cómo se sabe si es aleatoria, y ¿cuál es el error que se comete al dar la probabilidad como la frecuencia relativa de los mismos?

 Supongo que cualquier número que procede de un experimento aleatorio es aleatorio; el que luego se le pueda encontrar una lógica es distinto. Por ejemplo, en la lotería puede salir el número 111111; no dejaría de ser aleatorio. Otra cosa diferente sería un número caótico en cuanto a encontrar relaciones entre sus cifras. En mi opinión, un número, o una cadena de dígitos, finito nunca sera digamos caóticamente puro. Lo pienso de la siguiente manera: si es numerable, se pueden ir estableciendo reglas progresivas que le den un cierto "sentido"; naturalmente, según vayamos avanzando, esas reglas serán cada vez más complicadas. Pero siempre se encuentran; es cómo cuando alguien quiere dar sentido al "orden" de los primos; llega un momento en que fallan, pero siempre puede se agregar algo, siempre se puede buscar alguna relación nueva que esté ligada a la anterior relación por medio de cualquier idea. Claro que no acabaremos nunca.

Saludos.

29 Agosto, 2012, 02:09 pm
Respuesta #4

Carlos Ivorra

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Dada una sucesión (finita) de números, cómo se sabe si es aleatoria, y ¿cuál es el error que se comete al dar la probabilidad como la frecuencia relativa de los mismos?

En principio, preguntar si una sucesión de números es o no aleatoria tiene cierta ambigüedad, porque es necesario precisar una posible distribución de probabilidad. Por ejemplo, una secuencia de números obtenida tirando un dado legal es aleatoria, y otra obtenida con un dado cargado también es aleatoria, pero sigue una distribución diferente. Desde luego, se podría preguntar si una sucesión dada es aleatoria con respecto a alguna distribución sin precisar, pero creo que eso sería un problema demasiado general para poder ser abordado.

Lo habitual en estadística ante unos datos que se sospecha que son aleatorios es proponer una distribución que pueda conjeturarse adecuada para describirla (por ejemplo una distribución uniforme, o normal, etc.) estimar los parámetros necesarios según el caso (media, varianza, etc.) a partir de la muestra y después aplicar un test de aleatoriedad (si buscas en la red mejor busca "randomness test") que no te dará como respuesta un sí o un no, sino un nivel de confianza (una probabilidad, en suma) de que efectivamente, la distribución dada pueda haber sido generada mediante un fenómeno aleatorio que siga la distribución propuesta con los parámetros estimados. Estas técnicas son casos particulares de lo que se llama "contraste de hipótesis".

No te puedo dar más detalles porque la estadística no es mi fuerte, incluso puede que algo de lo que he dicho no sea totalmente exacto, pero sin duda los tiros van por ahí. Puedes empezar mirando aquí a ver si esto es lo que buscabas:

http://en.wikipedia.org/wiki/Pearson%27s_chi-squared_test

29 Agosto, 2012, 05:08 pm
Respuesta #5

feriva

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Perdón, como es mi costumbre había entendido mal, no te referías a un número sino a unos números que se van generando poco a poco. Entonces habrá un número que sea una moda, habrá una gráfica tipo campana de Gauss y eso, supongo.

Saludos.

Por otra parte, -por decir una obviedad que no quede- cuanto mayor sea el espacio muestral es de suponer que sea menor el error.

29 Agosto, 2012, 10:43 pm
Respuesta #6

Héctor Manuel

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Un tema muy interesante y relacionado con la aleatoriedad es la Ley de Benford.

Saludos.

30 Agosto, 2012, 09:31 am
Respuesta #7

Raúl Aparicio Bustillo

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No conocía dicha ley, viene bien explicado en Wikipedia, pero no deja de ser curioso

Hice otro post anterior sobre aleatoriedad pero "ha volado". Lo que yo no tengo tan claro es que coger la aleatoriedad de ciertos fenómenos físicos, o de lanzamiento de monedas y eso, hay una aleatoriedad en el sentido de que convergen hacia unos valores de probabilidad y a ojo no parece que haya una estructura en las secuencias, pero de ahí a que sean aleatorias en el sentido de complejidad de Kolmogorov, a lo mejor se comprueba (hasta cierto punto pues la complejidad de Kolmogorov no es computable) que son dificilmente comprimibles con los lenguajes que conocemos), pero no veo yo la necesidad de ello para aplicarles la estadística.

 Y lo contrario, podría parecer que nuestro fenomeno aleatorio es pseudoaleatorio simplemente porque la muestra es pequeña.
Si tomamos el experimento del lanzamiento de una moneda, por ejemplo, de euro. La probabilidad no está totalmente definida porque habrá ciertas imperfeciones en las monedas, abolladuras microscópicas según se va lanzando sobre una superficie dura que harán cambiar dicho valor, pero en cualquier caso la supuesta aleatoriedad estará. Da igual, tu no puedes hacer un seguimiento de todas las monedas de euro, ni de si cualquier persona en su casa hace el lanzamiento. Si tomamos todos los lanzamientos en orden temporal, la serie puede ser aleatoria y sin embargo nosotros encontrar  una aleatoriedad en nuestra muestra. Y ni siquiera tengo claro que haya de haber una razón física para dicha aleatoriedad en el sentido de Kolmogorov. Tal aleatoriedad no es necesaria para verificar una ley estadística

De todas formas, la definición de probabilidad de que ocurra A  como\(  \displaystyle\lim_{n \to{}\infty}{\displaystyle\frac{a}{n}}, \) donde n es el número de repeticiones del experimento y a=#A es el nº de veces que sale el resultado A . Dicha definición verifica llos axiomas de Kolmogorov, pero en la práctica experimental no es suficiente. Está claro que modificando las constantes universales podemos construir universos de mayor duración, en los que el experimento se repita más veces, e incluso (con el mismo tipo de leyes) hacer que la duración de dicho universo sea infinita, y en el las repeticiones del experimento se pudieran hacer infinitas, y dar un cierto sentido al límite mencionado, que de darse, cumpliría la axiomática de Kolmogorov. En Matemáticas, hay un caso dónde tenemos series infinitas, por ejemplo, los dígitos del desarrollo decimal de un número. Sin embargo, para los procesos reales, habría que decir cuánto se pueden llegar a diferenciar la frecuencia relativa del valor de la probabilidad como máximo para un nº de repeticiones independientes del experimento. En la práctica experimental se requieren condiciones más fuertes que definir la probabilidad mediante ese límite.

Se suele usar el criterio para n grande , que el error es del orden\(  n^{-0,5} \), sin embargo, yo creo que podríamos partir de una condición un tanto más fuerte y es que un resultado con una determinada probabilidad no se puede repetir si todos los valores con mayor o igual probabilidad que este no han aparecido o van a aparecer al menos una vez

Si a alguien le interesa pongo un ejemplo un poco más clarificador

30 Agosto, 2012, 10:00 am
Respuesta #8

Capitan Trueno

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Hombre, debes tener en cuenta que, a efectos solo de estadística y probabilidad, la matemática funciona más bien como una ciencia experimental, no como una ciencia deductiva, es decir que primero se apuesta por una teoría, un modelo matemático del fenómeno estudiado, que se basa en ciertas premisas y en base a él se desarrolla el cálculo de probabilidades, y luego dicho modelo debe ser verificado experimentalmente, por lo que debe distinguirse bien entre modelo y realidad. No deben confundirse ambas cosas. Es por tanto posible que los resultados del cálculo de probabilidades basado en un determinado modelo no se ajusten a las observaciones cuando se experimenta con el fenómeno en el plano de la realidad, lo que suele ser indicador claro de que el modelo empleado es erróneo, ó tan solo aproximado, y que puede haber correlaciones entre diversos fenómenos que se muestran ocultas a nuestra percepción y que modificarían el cálculo de las probabilidades si pudiéramos incluirlas en el modelo utilizado. Por ejemplo admitir que las seis caras de un dado a lanzarlo son equiprobables puede ser una buena hipótesis de partida, pero la realidad del fenómeno podría poner de manifiesto que tal hipótesis fuera errónea si el dado fuera defectuoso.

Salu2

31 Agosto, 2012, 01:30 pm
Respuesta #9

Raúl Aparicio Bustillo

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Bueno, la matemática (tal como la entiendo yo), es una ciencia pura, no experimental, así que imagino que en ella existirán sucesiones finitas en un conjunto A que serán aleatorias, en el sentido de que ningún programa en cualquier lenguaje de programación, podrá hacer que la memoria para almacenarlas sea menor que la memoria que ocupan almacenandolas tal cual. Lo que no tengo en absoluto claro es que esa aleatoriedad tenga algo que ver con la aleatoriedad en un experimento físico. Un experimento físico es aleatorio si partiendo de las mismas condiciones iniciales, puede evolucionar a estados diferentes al cabo del tiempo. No creo que haya nínguna necesidad en que el experimento sea aleatorio desde el punto de vista matemático. De hecho, en la mecánica estadística clásica, la evolución del sistema es totalmente determinista, y aún así se pueden definir las probabilidades sin problema.

El problema es que en Matemática hay muchos modelos que con la definición frecuentista de probabilidad y unas pocas asunciones inapelables, llegan a los resultados de la cuántica ( ver arxiv de Hardy , pero cuando la definición frecuentista se lleva al infinito. Es necesario dar una ley de como las frecuencias relativas finitas se acercan a ese límite, pues en el mundo real, todos los experimentos son finitos (aparte que si fueran infinitos cualquier sucesión de resultados finitos aparecería, con lo cuál resultados acerca de la probabilidad entendida como una sucesión infinita sería totalmente vacía de contenido, en nuestros universos son finitas nuestras repeticiones de experimentos) ( ver arxiv http://arxiv.org/pdf/0911.0695v1.pdf y el de Hardy al que se vincula)