论随机数据区间长度和的期望

发布时间 2023-08-21 14:43:55作者: Linnyx

先给出结论,在 \(n\) 足够大时,期望近似于 \(\frac{n}{3}\)

纯数学推导

\[2*\frac{\sum_{l=1}^n\sum_{r=l}^n(r-l+1)}{n*n} \]

先抛开2和分母

\[\sum_{l=1}^n\sum_{r=l}^n(r-l+1) \]

\[\sum_{l=1}^n\sum_{r=l}^n r-\sum_{l=1}^n\sum_{r=l}^n l+\sum_{l=1}^n\sum_{r=l}^n1 \]

\[\sum_{i=1}^n i^2-\sum_{i=1}^ni*(n-i+1)+\frac{n(n+1)}{2} \]

\[2*\sum_{i=1}^ni^2-\sum_{i=1}^ni*n \]

\[\frac{n(n+1)(2n+1)}{3}-\frac{n^2(n+1)}{2} \]

整体乘6,拆开

\[4n^3+6n^2+2n-2n^3-3n^2\rightarrow n^3+3n^2+2n\rightarrow n(n+2)(n+1) \]

代回原柿

\[2*\frac{n(n+2)(n+1)}{6n^2} \]

最终得到

\[\frac{(n+2)(n+1)}{3n} \]