確率変数たちの会話劇

確率が情報と不確実性の理解をどのように形作るかについての放課後の議論。

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  • #expectation
  • #variance
  • #probability distribution

「俺たち、確率変数だったら面白いのに」

陸が突然言った。いつもの唐突さだった。

「どういう意味?」由紀が聞き返した。

「だって、ランダムに値が決まるんだぜ?毎日違う性格とか」

葵が笑った。「ある意味、人間はみんな確率変数かもしれない。行動が完全には予測できないから」

「確率変数って何ですか?」由紀が基本に戻った。

「ランダムな現象を数学的に表現したもの。例えば、サイコロの目は確率変数だ。1から6のどれかを取るけど、どれになるかは確率で決まる」

陸が興味を示した。「じゃあ、俺の遅刻も確率変数?」

「そうとも言える。『陸の到着時刻』という確率変数。期待値は9時10分、分散は10分くらい?」

「期待値?」

「確率変数の平均的な値。E(X) = Σ x・P(x)。各値に確率を掛けて合計する」

由紀が計算した。「サイコロなら、(1+2+3+4+5+6)/6 = 3.5」

「正解。サイコロの期待値は3.5。でも、実際には3.5は出ない」

陸が首をひねった。「出ない値が期待値?変な感じ」

「期待値は、長期的な平均だ。何度も試行すれば、平均が3.5に近づく」

葵が続ける。「そして、分散は『ばらつき』を表す。Var(X) = E[(X - E(X))²]。期待値からどれくらいズレるか」

「分散が大きいと、予測しにくい?」由紀が聞いた。

「そう。低分散なら、いつも期待値の近くに落ち着く。高分散なら、大きく外れることもある」

陸が考えた。「俺の到着時刻は、高分散だな。たまに8時に来たり、10時に来たり」

「まあ、そういうことだね」葵が苦笑した。

由紀がノートに書いた。「じゃあ、葵先輩の到着時刻は低分散?いつも正確だから」

「期待値も分散も小さい。予測可能性が高い確率変数だ」

陸が手を叩いた。「じゃあさ、俺たち三人で確率変数の会話劇しようぜ!」

「会話劇?」

「俺が高分散確率変数くん。葵先輩が低分散確率変数さん。由紀は…中間くらい?」

由紀が笑った。「確かに、私は極端じゃないかも」

葵が乗った。「面白い。では、高分散くん、君の次の行動は?」

陸が大げさに言った。「分かりません!僕は高分散なので、予測不可能です!」

「でも期待値はあるでしょ?」由紀が突っ込んだ。

「えーと、期待値は『普通にする』だけど、分散が大きいから、時々とんでもないことをする!」

葵が続けた。「私は低分散なので、いつも期待値通りに行動します。安定性が高いです」

「つまらなくない?」陸が聞いた。

「信頼性が高いとも言える。システム設計では、低分散が好まれることが多い」

由紀が加わった。「私は中分散。大体予測できるけど、たまに驚かせる」

「バランスが良い」葵が認めた。

陸がふと真面目になった。「でもさ、確率変数って、結局は確率分布で決まるんだよね?」

「鋭い。確率変数の性質は、その確率分布で完全に記述される。期待値も分散も、分布から計算できる」

「じゃあ、俺の『遅刻分布』を改善すれば、もっと信頼される?」

「統計的にはそうだ。でも、適度なランダム性も魅力かもしれない」由紀が笑った。

葵がまとめた。「確率変数は、不確実性を数学で扱う道具だ。人間の行動も、ある程度は確率変数としてモデル化できる」

「でも、完全に予測可能になったら、面白くないよね」陸が言った。

「そこが人間の良さだ。適度な不確実性が、関係を豊かにする」

由紀が頷いた。「確率変数としての私たち。期待値があって、分散があって、確率分布がある」

「それぞれ違う分布を持つから、会話が面白い」

三人の確率変数は、今日も部室で交差していた。