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Boole's inequality

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36: 112: 3496: 443:, the probability that at least one of the events happens is no greater than the sum of the probabilities of the individual events. This inequality provides an upper bound on the probability of occurrence of at least one of a countable number of events in terms of the individual probabilities of the events. Boole's inequality is named for its discoverer, 1203: 3190: 1667: 3147: 5073:
One way is to make each of them equal to 0.05/5 = 0.01, that is 1%. In other words, you have to guarantee each estimate good to 99%( for example, by constructing a 99% confidence interval) to make sure the total estimation to be good with a chance 95%. This is called the Bonferroni Method of
1463: 3941: 3724: 3491:{\displaystyle S_{1}:=\sum _{i=1}^{n}{\mathbb {P} }(A_{i}),\quad S_{2}:=\sum _{1\leq i_{1}<i_{2}\leq n}{\mathbb {P} }(A_{i_{1}}\cap A_{i_{2}}),\quad \ldots ,\quad S_{k}:=\sum _{1\leq i_{1}<\cdots <i_{k}\leq n}{\mathbb {P} }(A_{i_{1}}\cap \cdots \cap A_{i_{k}})} 989: 587: 877: 4725: 5001: 1830: 1474: 977: 2991: 1988: 1302: 4829: 2831: 2526: 2198: 4553: 1317: 3761: 3544: 736: 2444: 1198:{\displaystyle \mathbb {P} \left(\bigcup _{i=1}^{n+1}A_{i}\right)=\mathbb {P} \left(\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}\right)+\mathbb {P} (A_{n+1})-\mathbb {P} \left(\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}\cap A_{n+1}\right).} 2716: 2107: 2981: 5038:
based on a random sample, and you can control each parameter separately. If you want your estimations of all five parameters to be good with a chance 95%, what should you do to each parameter?
2583: 2258: 477: 4310: 4103: 2358: 4039: 1892: 1734: 767: 2901: 4568: 4451: 4880: 5045:
is good". We can use Boole's Inequality to solve this problem. By finding the complement of event "all five are good", we can change this question into another condition:
4141: 2930: 2749: 2616: 2291: 3753: 3536: 1662:{\displaystyle \mathbb {P} \left(\bigcup _{i=1}^{n+1}A_{i}\right)\leq \sum _{i=1}^{n}\mathbb {P} (A_{i})+\mathbb {P} (A_{n+1})=\sum _{i=1}^{n+1}\mathbb {P} (A_{i}).} 4400: 4248: 3142:{\displaystyle \mathbb {P} \left(\bigcup _{i}A_{i}\right)=\mathbb {P} \left(\bigcup _{i}B_{i}\right)=\sum _{i}\mathbb {P} (B_{i})\leq \sum _{i}\mathbb {P} (A_{i}).} 2861: 2024: 3977: 1746: 885: 668: 5024: 4872: 4852: 4420: 4373: 4353: 4330: 4221: 4201: 4181: 4161: 2636: 2311: 759: 639: 1904: 1214: 4736: 2754: 2449: 403: 5098: 2118: 1458:{\displaystyle \mathbb {P} \left(\bigcup _{i=1}^{n+1}A_{i}\right)\leq \mathbb {P} \left(\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}\right)+\mathbb {P} (A_{n+1}),} 4459: 5083: 3936:{\displaystyle \sum _{j=1}^{K}(-1)^{j-1}S_{j}\leq \mathbb {P} {\Big (}\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}{\Big )}=\sum _{j=1}^{n}(-1)^{j-1}S_{j}} 3719:{\displaystyle \sum _{j=1}^{K}(-1)^{j-1}S_{j}\geq \mathbb {P} {\Big (}\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}{\Big )}=\sum _{j=1}^{n}(-1)^{j-1}S_{j}} 676: 5041:
Tuning each parameter's chance to be good to within 95% is not enough because "all are good" is a subset of each event "Estimate
17: 2363: 396: 5362: 5183: 2641: 2032: 2935: 5401: 2534: 2209: 582:{\displaystyle {\mathbb {P} }\left(\bigcup _{i=1}^{\infty }A_{i}\right)\leq \sum _{i=1}^{\infty }{\mathbb {P} }(A_{i}).} 5406: 5280: 5239: 5156: 5129: 3950: 389: 377: 336: 79: 57: 50: 4256: 4044: 2316: 267: 203: 3990: 315: 176: 1838: 1680: 5372: 5228:
Improved Bonferroni Inequalities via Abstract Tubes. Inequalities and Identities of Inclusion–Exclusion Type
872:{\displaystyle {\mathbb {P} }\left(\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}\right)\leq \sum _{i=1}^{n}{\mathbb {P} }(A_{i}).} 5088: 5367: 4720:{\displaystyle \sum _{j=1}^{K}(-1)^{j-1}{\Big (}{L-1 \choose j-1}+{L-1 \choose j}{\Big )}\mathbb {P} (E)} 2866: 440: 171: 4996:{\displaystyle \sum _{j=1}^{K}(-1)^{j-1}S_{j}\geq \mathbb {P} {\Big (}\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}{\Big )}} 4425: 287: 5119: 1308: 346: 341: 230: 215: 44: 4108: 5203: 3174: 2906: 325: 196: 5093: 2721: 2588: 2263: 220: 61: 5146: 3732: 3515: 320: 225: 191: 1825:{\displaystyle \mathbb {P} \left(\bigcup _{i}A_{i}\right)\leq \sum _{i}\mathbb {P} (A_{i}).} 972:{\displaystyle \mathbb {P} (A\cup B)=\mathbb {P} (A)+\mathbb {P} (B)-\mathbb {P} (A\cap B),} 5343: 5290: 5249: 4378: 4226: 2839: 2002: 351: 245: 138: 5351: 5298: 5257: 5219: 8: 3956: 647: 597: 310: 252: 240: 235: 1983:{\displaystyle \mathbb {P} \left(\bigcup _{i}B_{i}\right)=\sum _{i}\mathbb {P} (B_{i});} 5385: 5331: 5009: 4857: 4837: 4405: 4358: 4338: 4315: 4206: 4186: 4166: 4146: 2621: 2296: 744: 624: 417: 297: 186: 126: 103: 5276: 5235: 5179: 5152: 5125: 1737: 1297:{\displaystyle {\mathbb {P} }\left(\bigcup _{i=1}^{n}A_{i}\cap A_{n+1}\right)\geq 0,} 436: 356: 262: 161: 4824:{\displaystyle {\Big (}1+{L-1 \choose K}{\Big )}\mathbb {P} (E)\geq \mathbb {P} (E)} 5347: 5321: 5294: 5253: 5215: 4559: 181: 111: 2826:{\displaystyle \bigcup _{i=1}^{\infty }B_{i}\subset \bigcup _{i=1}^{\infty }A_{i}} 2521:{\displaystyle \bigcup _{i=1}^{\infty }A_{i}\subset \bigcup _{i=1}^{\infty }B_{i}} 596:
terms, Boole's inequality follows from the fact that a measure (and certainly any
5339: 5309: 5286: 5272: 5245: 5231: 257: 208: 5358: 5305: 5264: 593: 272: 5395: 5326: 3166: 605: 145: 2193:{\displaystyle \bigcup _{i=1}^{\infty }B_{i}=\bigcup _{i=1}^{\infty }A_{i}.} 444: 372: 282: 166: 5173: 3162: 3158: 980: 292: 133: 121: 5381: 5335: 429: 150: 96: 5206:(1936), "Teoria statistica delle classi e calcolo delle probabilitĂ ", 5035: 4548:{\displaystyle \sum _{j=1}^{K}(-1)^{j-1}{L \choose j}\mathbb {P} (E)} 433: 5380:
This article incorporates material from Bonferroni inequalities on
277: 5208:
Pubbl. D. R. Ist. Super. Di Sci. Econom. E Commerciali di Firenze
731:{\displaystyle \mathbb {P} (A_{1})\leq \mathbb {P} (A_{1}).} 4453:
to the right side of the inequality, while it contributes
621:
Boole's inequality may be proved for finite collections of
2985:
So, we can conclude that the desired inequality is true:
2439:{\displaystyle x\in B_{k}=A_{k}-\bigcup _{j=1}^{k-1}A_{j}} 5230:, Lecture Notes in Mathematics, vol. 1826, Berlin: 5178:. Cambridge University Press. pp. 94–99, 113–115. 5099:
Probability of the union of pairwise independent events
5012: 4883: 4860: 4840: 4739: 4571: 4462: 4428: 4408: 4381: 4361: 4341: 4318: 4259: 4229: 4209: 4189: 4169: 4149: 4111: 4047: 3993: 3959: 3764: 3735: 3547: 3518: 3193: 2994: 2938: 2909: 2869: 2842: 2757: 2724: 2711:{\displaystyle B_{k}=A_{k}-\bigcup _{j=1}^{k-1}A_{j}} 2644: 2624: 2591: 2537: 2452: 2366: 2319: 2299: 2266: 2212: 2121: 2102:{\displaystyle B_{i}=A_{i}-\bigcup _{j=1}^{i-1}A_{j}} 2035: 2005: 1907: 1841: 1749: 1683: 1477: 1320: 1217: 992: 888: 770: 747: 679: 650: 627: 480: 2976:{\displaystyle \mathbb {P} (B)\leq \mathbb {P} (A).} 1835:
One of the axioms of a probability space is that if
5018: 4995: 4866: 4846: 4823: 4719: 4547: 4445: 4414: 4394: 4367: 4347: 4324: 4304: 4242: 4215: 4195: 4175: 4155: 4135: 4097: 4033: 3971: 3935: 3747: 3718: 3530: 3490: 3141: 2975: 2924: 2895: 2855: 2825: 2743: 2710: 2630: 2610: 2578:{\displaystyle x\in \bigcup _{i=1}^{\infty }B_{i}} 2577: 2520: 2438: 2352: 2305: 2285: 2253:{\displaystyle x\in \bigcup _{i=1}^{\infty }A_{i}} 2252: 2192: 2101: 2018: 1982: 1886: 1824: 1728: 1661: 1457: 1296: 1197: 971: 871: 753: 730: 662: 633: 581: 5263: 4988: 4950: 4785: 4777: 4756: 4742: 4698: 4690: 4669: 4657: 4628: 4620: 4525: 4512: 3869: 3831: 3652: 3614: 5393: 5386:Creative Commons Attribution/Share-Alike License 5049:P( at least one estimation is bad) = 0.05 ≀ P( A 4558:to the left side of the inequality. However, by 4332:contributes 0 to both sides of the inequality. 3953:, and Boole's inequality is the special case of 1672: 5271:, Probability and Its Applications, New York: 5269:Bonferroni-Type Inequalities with Applications 3157:Boole's inequality may be generalized to find 5144: 4305:{\displaystyle E=\bigcap _{i=1}^{n}A_{i}^{c}} 397: 4098:{\displaystyle B_{i}\in \{A_{i},A_{i}^{c}\}} 4092: 4061: 2353:{\displaystyle i<k\implies x\notin A_{i}} 5202: 5145:Casella, George; Berger, Roger L. (2002). 4834:Thus, the inequality holds for all events 3178: 3152: 2333: 2329: 404: 390: 5325: 5196: 5171: 4944: 4808: 4791: 4704: 4532: 4430: 4163:partition the sample space, and for each 4034:{\displaystyle E=\bigcap _{i=1}^{n}B_{i}} 3825: 3608: 3434: 3312: 3230: 3116: 3082: 3034: 2996: 2957: 2940: 2203:by proving both directions of inclusion. 1957: 1909: 1799: 1751: 1636: 1579: 1555: 1479: 1426: 1377: 1322: 1220: 1128: 1098: 1049: 994: 947: 930: 913: 890: 845: 773: 705: 681: 555: 483: 80:Learn how and when to remove this message 27:Inequality applying to probability spaces 5357: 5304: 1887:{\displaystyle B_{1},B_{2},B_{3},\dots } 1729:{\displaystyle A_{1},A_{2},A_{3},\dots } 616: 450:Formally, for a countable set of events 43:This article includes a list of general 14: 5394: 5225: 1898:subsets of the probability space then 641:events using the method of induction. 5117: 5084:Diluted inclusion–exclusion principle 3169:of events. These bounds are known as 4874:, we obtain the desired inequality: 29: 2751:, and we have the other inclusion: 979:and because the union operation is 24: 5121:The Mathematical Analysis of Logic 5034:Suppose that you are estimating 5 4760: 4673: 4632: 4516: 3982: 2896:{\displaystyle B_{i}\subset A_{i}} 2808: 2774: 2560: 2503: 2469: 2446:. So the first inclusion is true: 2235: 2172: 2138: 548: 509: 49:it lacks sufficient corresponding 25: 5418: 110: 34: 4446:{\displaystyle \mathbb {P} (E)} 3949:The equalities follow from the 3370: 3363: 3254: 5384:, which is licensed under the 5165: 5138: 5111: 4915: 4905: 4818: 4812: 4801: 4795: 4714: 4708: 4603: 4593: 4542: 4536: 4494: 4484: 4440: 4434: 3908: 3898: 3796: 3786: 3691: 3681: 3579: 3569: 3485: 3439: 3357: 3317: 3248: 3235: 3133: 3120: 3099: 3086: 2967: 2961: 2950: 2944: 2330: 1974: 1961: 1816: 1803: 1653: 1640: 1602: 1583: 1572: 1559: 1449: 1430: 1121: 1102: 963: 951: 940: 934: 923: 917: 906: 894: 863: 850: 722: 709: 698: 685: 573: 560: 177:Collectively exhaustive events 13: 1: 5104: 3951:inclusion–exclusion principle 1673:Proof without using induction 4136:{\displaystyle i=1,\dots ,n} 7: 5368:Encyclopedia of Mathematics 5267:; Simonelli, Italo (1996), 5172:Venkatesh, Santosh (2012). 5151:. Duxbury. pp. 11–13. 5077: 2925:{\displaystyle B\subset A,} 2026:, so they become disjoint, 10: 5423: 5402:Probabilistic inequalities 5094:Boole–FrĂ©chet inequalities 5029: 2744:{\displaystyle x\in A_{k}} 2611:{\displaystyle x\in B_{k}} 2286:{\displaystyle x\in A_{k}} 1309:first axiom of probability 5363:"Bonferroni inequalities" 5310:"Bonferroni inequalities" 5175:The Theory of Probability 5124:. Philosophical Library. 4854:, and so by summing over 5407:Statistical inequalities 5089:Schuette–Nesbitt formula 5074:simultaneous inference. 4355:is contained in exactly 2836:By construction of each 611: 347:Law of total probability 342:Conditional independence 231:Exponential distribution 216:Probability distribution 4223:is either contained in 3748:{\displaystyle K\leq n} 3531:{\displaystyle K\leq n} 3175:Carlo Emilio Bonferroni 3171:Bonferroni inequalities 3153:Bonferroni inequalities 326:Conditional probability 64:more precise citations. 18:Bonferroni inequalities 5327:10.1214/aop/1176995765 5226:Dohmen, Klaus (2003), 5197:Other related articles 5118:Boole, George (1847). 5020: 4997: 4975: 4904: 4868: 4848: 4825: 4721: 4592: 4549: 4483: 4447: 4416: 4396: 4369: 4349: 4326: 4306: 4286: 4244: 4217: 4197: 4177: 4157: 4137: 4099: 4035: 4020: 3973: 3937: 3897: 3856: 3785: 3749: 3720: 3680: 3639: 3568: 3532: 3492: 3227: 3165:on the probability of 3143: 2977: 2926: 2897: 2857: 2827: 2812: 2778: 2745: 2712: 2697: 2632: 2612: 2579: 2564: 2522: 2507: 2473: 2440: 2425: 2354: 2307: 2287: 2254: 2239: 2194: 2176: 2142: 2103: 2088: 2020: 1999:If we modify the sets 1984: 1888: 1826: 1730: 1663: 1634: 1553: 1514: 1459: 1406: 1357: 1298: 1250: 1199: 1157: 1078: 1029: 973: 873: 842: 803: 755: 732: 670:case, it follows that 664: 635: 583: 552: 513: 268:Continuous or discrete 221:Bernoulli distribution 5314:Annals of Probability 5234:, pp. viii+113, 5148:Statistical Inference 5026:is nearly identical. 5021: 4998: 4955: 4884: 4869: 4849: 4826: 4730:which telescopes to 4722: 4572: 4550: 4463: 4448: 4417: 4397: 4395:{\displaystyle A_{i}} 4370: 4350: 4327: 4307: 4266: 4250:or disjoint from it. 4245: 4243:{\displaystyle A_{i}} 4218: 4198: 4178: 4158: 4138: 4100: 4036: 4000: 3974: 3938: 3877: 3836: 3765: 3750: 3721: 3660: 3619: 3548: 3533: 3493: 3207: 3144: 2978: 2927: 2898: 2858: 2856:{\displaystyle B_{i}} 2828: 2792: 2758: 2746: 2713: 2671: 2633: 2613: 2580: 2544: 2523: 2487: 2453: 2441: 2399: 2355: 2308: 2288: 2255: 2219: 2195: 2156: 2122: 2104: 2062: 2021: 2019:{\displaystyle A_{i}} 1995:countable additivity. 1985: 1889: 1827: 1731: 1664: 1608: 1533: 1488: 1460: 1386: 1331: 1299: 1230: 1200: 1137: 1058: 1003: 974: 874: 822: 783: 756: 733: 665: 636: 617:Proof using induction 584: 532: 493: 226:Binomial distribution 5204:Bonferroni, Carlo E. 5010: 4881: 4858: 4838: 4737: 4569: 4460: 4426: 4422:contributes exactly 4406: 4379: 4359: 4339: 4316: 4257: 4227: 4207: 4187: 4167: 4147: 4109: 4045: 3991: 3957: 3762: 3733: 3545: 3516: 3191: 2992: 2936: 2932:it is the case that 2907: 2867: 2840: 2755: 2722: 2642: 2622: 2589: 2535: 2450: 2364: 2317: 2297: 2264: 2210: 2119: 2033: 2003: 1905: 1839: 1747: 1681: 1475: 1318: 1215: 990: 886: 768: 745: 677: 648: 625: 478: 428:, says that for any 424:, also known as the 352:Law of large numbers 321:Marginal probability 246:Poisson distribution 95:Part of a series on 5006:The proof for even 4562:, this is equal to 4301: 4091: 3972:{\displaystyle K=1} 663:{\displaystyle n=1} 598:probability measure 311:Complementary event 253:Probability measure 241:Pareto distribution 236:Normal distribution 5275:, pp. x+269, 5016: 4993: 4864: 4844: 4821: 4717: 4545: 4443: 4412: 4392: 4365: 4345: 4335:Otherwise, assume 4322: 4302: 4287: 4240: 4213: 4193: 4173: 4153: 4133: 4095: 4077: 4031: 3969: 3933: 3745: 3716: 3528: 3488: 3431: 3309: 3139: 3114: 3080: 3052: 3014: 2973: 2922: 2893: 2853: 2823: 2741: 2708: 2628: 2608: 2585:. It follows that 2575: 2531:Next suppose that 2518: 2436: 2350: 2303: 2283: 2250: 2190: 2099: 2016: 1980: 1955: 1927: 1884: 1822: 1797: 1769: 1726: 1677:For any events in 1659: 1455: 1294: 1195: 969: 869: 751: 728: 660: 631: 579: 422:Boole's inequality 418:probability theory 362:Boole's inequality 298:Stochastic process 187:Mutual exclusivity 104:Probability theory 5185:978-0-534-24312-8 5019:{\displaystyle K} 4867:{\displaystyle E} 4847:{\displaystyle E} 4775: 4688: 4655: 4523: 4415:{\displaystyle E} 4368:{\displaystyle L} 4348:{\displaystyle E} 4325:{\displaystyle E} 4216:{\displaystyle E} 4196:{\displaystyle i} 4176:{\displaystyle E} 4156:{\displaystyle E} 3501:for all integers 3384: 3268: 3179:Bonferroni (1936) 3105: 3071: 3043: 3005: 2631:{\displaystyle k} 2306:{\displaystyle k} 2293:for some minimum 2112:we can show that 1946: 1918: 1788: 1760: 1738:probability space 754:{\displaystyle n} 634:{\displaystyle n} 594:measure-theoretic 414: 413: 316:Joint probability 263:Bernoulli process 162:Probability space 90: 89: 82: 16:(Redirected from 5414: 5375: 5354: 5329: 5301: 5260: 5222: 5190: 5189: 5169: 5163: 5162: 5142: 5136: 5135: 5115: 5025: 5023: 5022: 5017: 5002: 5000: 4999: 4994: 4992: 4991: 4985: 4984: 4974: 4969: 4954: 4953: 4947: 4939: 4938: 4929: 4928: 4903: 4898: 4873: 4871: 4870: 4865: 4853: 4851: 4850: 4845: 4830: 4828: 4827: 4822: 4811: 4794: 4789: 4788: 4782: 4781: 4780: 4771: 4759: 4746: 4745: 4726: 4724: 4723: 4718: 4707: 4702: 4701: 4695: 4694: 4693: 4684: 4672: 4662: 4661: 4660: 4654: 4643: 4631: 4624: 4623: 4617: 4616: 4591: 4586: 4554: 4552: 4551: 4546: 4535: 4530: 4529: 4528: 4515: 4508: 4507: 4482: 4477: 4452: 4450: 4449: 4444: 4433: 4421: 4419: 4418: 4413: 4401: 4399: 4398: 4393: 4391: 4390: 4374: 4372: 4371: 4366: 4354: 4352: 4351: 4346: 4331: 4329: 4328: 4323: 4311: 4309: 4308: 4303: 4300: 4295: 4285: 4280: 4249: 4247: 4246: 4241: 4239: 4238: 4222: 4220: 4219: 4214: 4202: 4200: 4199: 4194: 4182: 4180: 4179: 4174: 4162: 4160: 4159: 4154: 4142: 4140: 4139: 4134: 4104: 4102: 4101: 4096: 4090: 4085: 4073: 4072: 4057: 4056: 4040: 4038: 4037: 4032: 4030: 4029: 4019: 4014: 3978: 3976: 3975: 3970: 3942: 3940: 3939: 3934: 3932: 3931: 3922: 3921: 3896: 3891: 3873: 3872: 3866: 3865: 3855: 3850: 3835: 3834: 3828: 3820: 3819: 3810: 3809: 3784: 3779: 3754: 3752: 3751: 3746: 3729:holds, and when 3725: 3723: 3722: 3717: 3715: 3714: 3705: 3704: 3679: 3674: 3656: 3655: 3649: 3648: 3638: 3633: 3618: 3617: 3611: 3603: 3602: 3593: 3592: 3567: 3562: 3537: 3535: 3534: 3529: 3497: 3495: 3494: 3489: 3484: 3483: 3482: 3481: 3458: 3457: 3456: 3455: 3438: 3437: 3430: 3423: 3422: 3404: 3403: 3380: 3379: 3356: 3355: 3354: 3353: 3336: 3335: 3334: 3333: 3316: 3315: 3308: 3301: 3300: 3288: 3287: 3264: 3263: 3247: 3246: 3234: 3233: 3226: 3221: 3203: 3202: 3148: 3146: 3145: 3140: 3132: 3131: 3119: 3113: 3098: 3097: 3085: 3079: 3067: 3063: 3062: 3061: 3051: 3037: 3029: 3025: 3024: 3023: 3013: 2999: 2982: 2980: 2979: 2974: 2960: 2943: 2931: 2929: 2928: 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Experiment
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Bernoulli distribution
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