Probabilités et variables aléatoires en biostatistique

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Notes couvrant les fondamentaux des probabilités, variables aléatoires discrètes, mesures de dispersion (variance et écart-type), probabilités conditionnelles, théorème de Bayes, et applications diagnostiques des tests médicaux.

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Question

Qu'est-ce qu'une variable aléatoire ?

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Réponse

Fonction qui associe un nombre réel à chaque résultat d'une expérience aléatoire, notée XX.

Question

Quel est le lien entre la variance et l'écart-type ?

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Réponse

L'écart-type est la racine carrée de la variance : σ(X)=V(X)\sigma(X) = \sqrt{V(X)}.

Question

Comment s'exprime la probabilité conditionnelle P(AB)P(A|B) ?

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Réponse

P(AB)P(B)\frac{P(A \cap B)}{P(B)}

Question

Pour deux évènements incompatibles AA et BB, comment se calcule P(AB)P(A \cup B) ?

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Réponse

P(AB)=P(A)+P(B)P(A \cup B) = P(A) + P(B), car P(AB)=0P(A \cap B) = 0.

Question

Comment calcule-t-on l'espérance (ou moyenne) d'une variable aléatoire discrète XX ?

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Réponse

E(X)=i=1nxipiE(X) = \sum_{i=1}^{n} x_i p_i, somme des valeurs xix_i pondérées par leurs probabilités pip_i.

Question

Quelle est la condition pour qu'une variable soit classée comme variable discrète ?

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Réponse

Elle ne peut prendre qu'un nombre fini ou dénombrable de valeurs discontinues (issues d'un dénombrement).

Question

Quels sont les quatre catégories de résultats dans une matrice de confusion d'un test diagnostique ?

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Réponse

Vrais positifs (VP), faux positifs (FP), vrais négatifs (VN), faux négatifs (FN).

Question

Comment se calcule la valeur prédictive positive (VPP) d'un test diagnostique ?

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Réponse

P(M+T+)=VPVP+FPP(M^+|T^+) = \frac{VP}{VP + FP}

Question

Qu'est-ce que la sensibilité d'un test diagnostique ?

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Réponse

Probabilité que le test soit positif chez un malade : P(T+M+)=VPVP+FNP(T^+|M^+) = \frac{VP}{VP + FN}. Capacité à reconnaître M+M^+.

Question

Comment se calcule la probabilité totale d'un évènement MM à partir d'un arbre de probabilités ?

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Réponse

Somme des probabilités associées aux chemins menant à MM.

Question

Quelle est la formule de la variance d'une variable aléatoire discrète XX ?

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Réponse

V(X)=i=1nxi2pi[E(X)]2V(X) = \sum_{i=1}^{n} x_i^2 p_i - [E(X)]^2 ou V(X)=E(X2)[E(X)]2V(X) = E(X^2) - [E(X)]^2

Question

Quelle est la propriété principale des branches d'un nœud dans un arbre de probabilités ?

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Réponse

Leur somme vaut 11.

Question

Complétez : la probabilité de AA sachant BB est aussi notée P(AˉB)=P(\bar{A}|B) = ?

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Réponse

1P(AB)1 - P(A|B)

Question

Quel est le domaine de validité pour toute probabilité P(A)P(A) ?

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Réponse

Entre 00 et 11 inclus (0P(A)10 \le P(A) \le 1).

Question

Pour une variable discrète XX avec loi de probabilité, à quoi doit être égale la somme de toutes les probabilités élémentaires ?

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Réponse

Égale à 11 (pi=1\sum p_i = 1).

Question

Pour deux évènements non exclusifs AA et BB, comment se calcule P(AB)P(A \cup B) ?

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Réponse

P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)

Question

Qu'est-ce que la spécificité d'un test diagnostique ?

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Réponse

Probabilité que le test soit négatif chez un non-malade : P(TM)=VNFP+VNP(T^-|M^-) = \frac{VN}{FP + VN}. Capacité à reconnaître les MM^-.

Question

Qu'est-ce que la valeur prédictive négative (VPN) d'un test diagnostique ?

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Réponse

Probabilité de ne pas être malade sachant que le test est négatif : P(MT)=VNFN+VNP(M^-|T^-) = \frac{VN}{FN + VN}.

Question

Comment s'exprime la probabilité du contraire ou événement complémentaire P(Aˉ)P(\bar{A}) ?

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Réponse

P(Aˉ)=1P(A)P(\bar{A}) = 1 - P(A)

Question

Qu'est-ce que la variance d'une variable aléatoire et que représente-t-elle ?

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Réponse

La variance quantifie la dispersion des valeurs autour de la moyenne (E(X)E(X)). Elle se calcule par V(X)=E(X2)[E(X)]2V(X) = E(X^2) - [E(X)]^2 et est toujours 0\geq 0.

Question

Qu'est-ce que la prévalence d'une maladie dans un contexte de test diagnostique ?

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Réponse

Probabilité d'être malade dans la population : P(M+)P(M^+). Elle est définie à l'échelle de la population, pas d'un échantillon.

Question

Qu'est-ce qu'un évènement impossible \emptyset ?

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Réponse

Évènement qui n'est jamais réalisé, P()=0P(\emptyset) = 0.

Question

Comment se calcule la spécificité d'un test diagnostique ?

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Réponse

Probabilité que le test soit négatif chez un non-malade : P(TM)=VNFP+VNP(T^-|M^-) = \frac{VN}{FP + VN}.

Question

Comment s'exprime la probabilité du contraire P(Aˉ)P(\bar{A}) ?

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Réponse

P(Aˉ)=1P(A)P(\bar{A}) = 1 - P(A).

Question

Qu'est-ce qu'une variable discrète ?

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Réponse

Variable qui ne prend que des valeurs discontinues dans un intervalle donné, résultant généralement d'un dénombrement.

Question

Comment se calcule l'espérance E(X)E(X) d'une variable aléatoire discrète XX ?

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Réponse

E(X)=i=1nxipiE(X) = \sum_{i=1}^{n} x_i p_i (somme du produit de chaque valeur par sa probabilité).

Question

Quand dit-on que deux évènements AA et BB sont incompatibles ?

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Réponse

Lorsqu'ils ne peuvent pas se produire simultanément : P(AB)=0P(A \cap B) = 0 et P(AB)=P(A)+P(B)P(A \cup B) = P(A) + P(B).

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