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Inicio · Parte 09 — Probabilidad y procesos aleatorios

194 — Distribución normal

universitario clase 14 de 20 4 horas demostración normal_distribution

La normal queda fijada por media y desviación, y la puntuación z la vuelve universal.

Fórmulas

f(x) = 1/(σ√(2π)) · e^(−(x−μ)²/(2σ²))
z = (x − μ) / σ  ⟹  Z ~ Normal(0,1)
68,27 % · 95,45 % · 99,73 % dentro de 1σ, 2σ y 3σ

Desarrollo

La distribución normal es simétrica, unimodal y queda completamente determinada por dos números: la media μ, que fija dónde está el centro, y la desviación σ, que fija cuán ancha es. Ninguna otra distribución tan simple aparece tan a menudo, y la razón no es estética: es el teorema central del límite de la clase 197.

La estandarización z = (x − μ)/σ convierte cualquier normal en la normal estándar. Eso permite tabular una sola distribución y responder cualquier pregunta sobre todas las demás. La puntuación z se lee directamente como «a cuántas desviaciones del centro está este valor», y es la forma correcta de comparar magnitudes medidas en escalas distintas.

La regla 68-95-99,7 conviene memorizarla porque da intuición inmediata: dentro de una desviación cae el 68 % de los datos, dentro de dos el 95 % y dentro de tres el 99,7 %. Un valor a más de tres sigmas ocurre menos de tres veces de cada mil, y por eso ese umbral se usa como criterio de anomalía.

La advertencia habitual: la normal tiene colas ligeras, que decaen exponencialmente al cuadrado. Muchos fenómenos reales —retornos financieros, tamaños de archivo, popularidad de contenidos— tienen colas mucho más pesadas, y modelarlos como normales subestima gravemente los eventos extremos. Suponer normalidad sin comprobarla es un error caro.

Ejemplo trabajado

Distribución de CI con media 100 y desviación 15.

μ = 100,  σ = 15

P(85  < X < 115) = 0,6827      1σ
P(70  < X < 130) = 0,9545      2σ
P(55  < X < 145) = 0,9973      3σ

z de 130 = (130 − 100) / 15 = 2,0
P(X > 130) = (1 − 0,9545) / 2 = 0,0228   ≈ 1 de cada 44

Comparación entre escalas:
  130 en CI  (z = 2,0)
  620 en una prueba de μ=500, σ=100  (z = 1,2)
  el primero es más extremo pese al número menor

Qué calcula el laboratorio

Normal: regla 68-95-99.7 y estandarización.

python classes/part-09-probabilidad-y-procesos-aleatorios/194-distribucion-normal/lab.py
compmath run 194

Salidas del laboratorio (9)

Muestra de la ejecución real

{
  "μ": 100.0,
  "σ": 15.0,
  "P(μ-σ < X < μ+σ)": 0.682689,
  "P(μ-2σ < X < μ+2σ)": 0.9545,
  "P(μ-3σ < X < μ+3σ)": 0.9973,
  "z_de_130": 2.0
}

Errores comunes

Dónde se usa

Inicialización de pesos en redes, ruido gaussiano en modelos de difusión, control estadístico de procesos, intervalos de confianza y detección de anomalías.

Idea rectora de la parte

Monte Carlo convierge como 1/√n: cuadruplicar muestras solo duplica la precisión.

Error a evitar

Ignorar la probabilidad base al interpretar un test positivo.

Conexión con IA

Un modelo de lenguaje es una distribución condicional sobre el siguiente token; la difusión es un proceso estocástico con reverso aprendido.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase