مواضيع المحاضرة:
background image

Lecture 6 - Probability

 

 

 

72

 

Why should we understand

 

probability? Is probability 

essential for physician? 

  Example 1: Genetic Counseling: A couple has a baby 

with a genetic defect. They are considering having 
another baby. What is the likelihood that the second child 
will have a genetic defect also? 

  Example 2: Prognosis; A physician is considering several 

therapies for the treatment of a patient. Which therapy 
should be used? Each therapy produces a result that is 
somewhere between success and failure. The final choice 
is “weighed the probability” against the others.  

  Example 3: Is a food additive carcinogenic? An 

investigator explores this in an experiment that compares 
two groups. Some of the treated individuals develop 
cancer and only few of the controls develop cancer.. Is the 
excess number of cancers meaningful (higher probability 
than control)? 

  Example 4: Smoking and Cancer: Lung cancer occurs 

commonly in smoker but only sometimes in non smokers. 
Probability of other factors related to a variable outcome. 
Probabilities are a tool in decision making, and the key 
to understand inferential statistics 

  Example 5: The data below shows the finding of a 

survey. Is living near electricity transmission equipment 
associated with occurrence of   cancer?  
                    Cancer               Not 
Near              200                 1646          11% 
Not                  50                 7289            1% 
Among those living near electricity equipment, 11% have 
cancer. Among those living elsewhere, only 1% have 
cancer. Is this a meaningful difference? 
 
The difference (if significant) in this example is 
reflected for population and called inference 

  Probability is the bridge between Descriptive Statistics 

and Inferential Statistics 

  The sample space is the universe, or collection, of all 

possible outcomes. 

 
 
The probability (P) of the occurrence of event (E) is equal 
to the number of times (E) occur (M), divided by the 
number of times E can occur (N).    P (E) = M\N     
The concept of probability is frequently encountered in 
every day communication of health workers, we may here 
the physician say that a patient has 50-50 chance of 
surviving, or a patient 95% has the disease.  

 

Element of probability 

1)  Total probability value must be between 1 & zero (0  P 

1), no negative value.                                                              
P = 0 → Not occur.          P = 1→ should occur. 
P = 0.5→ 50% will occur & 50% will not occur. 

2)  The sum of the probabilities of mutually exclusive (can't 

occur simultaneously) outcome is equal to one.(black 

or

 

white, male 

or

 female, blood group A 

or

 B 

or

 AB 

or

 O) 

 

 

There are 3 types of probability: 

1)  Classical Probability

 

Assume that all outcomes in the sample space are equally 
likely to occur. One does not actually have to perform the 
experiment to determine the probability. 
Ex: When a single die is rolled, each outcome has the 
same probability of occurring Since there are 6 outcomes, 
each outcome has a probability of 1/6 

 

2)  Empirical Probability (Relative frequency): 

 

Depend on actual experience to determine the likelihood 
of outcomes 
Ex: In a study, we have the following table for serum 
cholesterol of 1047 male patients aged 40-59 year. 

S.choles. 

R.F 

C.R.F 

<160 

31 

160-199 

134 

12.8 

15.8 

200-239 

358 

34.2 

50 

240-279 

326 

31.1 

81.1 

280-319 

145 

13.7 

94.8 

320-359 

43 

4.1 

98.9 

360 + 

12 

1.2 

100 

totals 

1047 

100% 

---- 

 

  The probability to get individuals with serum cholesterol 

of 820-319 is         145 / 1047 = 13.7%  

 

Probability to get those below 200 is (31 +134)/ 1047 = 
15.8  

 

So we can express probability in terms of relative 
frequency or cumulative relative frequency. 

 

3)  Subjective (personalistic) Probability

 

Based on person’s experience and evaluation of the situation 

  But does not rely on the repeatability of  any process  


background image

Lecture 6 - Probability

 

 

 

73

 

  A physician might say that on the basis of his diagnosis, 

there is a 30% chance that the patient will need an 
operation.   

 

If a doctor says “you have a  50%  chance of recovery,” 
the doctor believes that half of similar cases will recover 
in the long run. 

  Presumably, this is based on knowledge, and not on a 

whim. The benefit of stating subjective probabilities is 
that they can be tested and modified according to 
experience.  
 

Joint probability

:  

It is the probability that the events (2 or more, E

1

, E

2

 ..etc) 

can occur simultaneously. We have the following 2 rules: 

 

1)  Multiplication rule (And, ∩, both). 

a)  Independent events (E

1

 not affected by E

2

).  

              P (E

1

∩E

2

) = P (E

1

) x P (E

2

 
Two events are statistically independent if the chances, or 
likelihood, of one event is in no way related to the 
likelihood of the other event. Individual is male with red 
hair. 

 
EX: Event A = “a woman is hypertensive” 
Event B = “her husband (not relative) is hypertensive”. 
The assumption of independence seems reasonable since 
the two persons are not genetically related. If the 
probability of being hypertensive is 0.07 for woman and 
0.09 for man, then the probability that BOTH the woman 
and her husband are hypertensive is: 
P(A and B) = P(A) x P(B) = 0.07 x 0.09 = 0.0063

 

 
Ex:
 The probability that an individual belonging to blood 
group A is 0.42, and the individual being a football player 
is 0.50. What is the probability of the individual both 
belonging to blood group A & being football player? 

     Since the events are independent →       P (E

1

∩E

2

) = P (E

1

) x 

P (E

2

) = 0.42 x 0.50 = 0.21  

 

b)  Dependent events (E

1

 affected by E

2

).  

   P (E

1

∩E

2

) = P (E

2

) x P (E

1

 / E

2

 
EX:
 Probability of being male 1s 0.5, and that that male 
being bold is 0,05. What is the probability of both being 
male and bold? 
Since the events are dependent→  P (E

1

∩E

2

) = P (E

2

) x P 

(E

1

 / E

2

) =0.5 x 0.05/0.5= 0.005         

 

EX: the chance that person has Huntington ’s chorea is 
0.0002 (if the parent does not have Huntington’s Chorea). 
An offspring of a person with Huntington’s Chorea has a 
50% chance of contracting Huntington’s Chorea 
(offspring with chorea giving that his father had chorea).

 

  Probability 2 persons  have Huntington’s Chorea = 

P(A and B) = 0.0002 X 0.0002= 0.00000008 

  Probability both parent and child have Huntington’s 

Chorea = P(A) P(B|A) = 0.0002 x 0.5 = 0.0001 

 

*Conditional probability: Probability of an event 
occurring (E

1

) giving that the other event (E

2

) has already 

occur.   

P (E

1

 / E

2

) =P (E

1

& E

2

)/ P E

2

 

  

Ex: Using the information of table below:  

 

Calculate: 
1- The probability of selection person dis. +ve & test +ve. 
2- The probability of selection person dis. -ve & test -ve. 

 
As the variables are dependent, so       P (E

1

∩E

2

) = P (E

2

xP (E

1

 / E

2

1- P (dis. +ve & test +ve.)        = 11/100 x 7/11 = 7/100 
2- P (dis. -ve & test -ve.)  = 90/100 x 86/90 = 86/100 
 
Ex:  Probability  of  DM  patient  given  that  he  has  central 
obesity=70/90, the  denominator only  patient with  Central 
obesity. 

 

P(A/B)=P(A+B)/B 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

Lecture 6 - Probability

 

 

 

74

 

 
 
 

2)  Additional rule. (Or, U, either) 

a)  Mutually exclusive events (can't occur together). 

Two events are mutually exclusive if they cannot occur 
at the same time. 

 

     P (E

1

 U E

2

) = P (E

1

) +P (E

2

 
EX: if a baby has a 0·04% chance of being homozygous for the sickle 
cell gene and a 3·92% chance of being a heterozygote, then the 
probability that it carries the gene either as a homozygote or as a 
heterozygote is 0·04 + 3·92 = 3·96%. 

 
Ex: The probability that an individual belonging to blood 
group A is 0.4 and the individual belonging to blood 
group B is 0.3. What is the probability of the individual 
belonging to blood group A or B? 
 As the variables are mutually exclusive events (can't 
occur together), so:    
  P (E

1

UE

2

) = P (E

1

) +P (E

2

) = 0.4 +0.3    = 0.7 

 

a)  Not mutually exclusive events (can occur together). 

P (E

1

UE

2

) = P(E

1

) +P(E

2

) )-P(E

1

 and E

2

 
Ex: Using the information of table above, calculate the 
probability of selection person dis. -ve or test -ve. 

 
As the variables are not mutually exclusive events (can 
occur together), so:     

P (E

1

UE

2

) = P (E

1

) +P (E

2

)-P (E

1

 and E

2

                 = [(90/100) + (89/100)] - (86/100)  = 0.93  
 

Ex: Suppose a certain ophthalmological trait determines 
the eye color, 300 randomly selected individuals are 
studied and the results are as follow:  

 

 

   

1- P (trait) = 120/ 300 = 0.4            
2- P (No trait) = 180/300 = 0.6 
3- P (Blue eye) = 90/300 = 0.3        
4- P (Brown eye)= 140/300 = 0.46  
5- P (Yellow eye) = 70/300 = 0.24 
6- P (Blue or Brown eye) = (90/300) + (140/300) =0.76   
7- P (Blue eye and trait) = (120/300) x (70/120) = 0.23  

8- P (Blue eye or trait) = (90/300) + (120/300) -(70/300) 
= 0.23  
9- P (Brown eye / trait) = (30/120) = 0.25  
EX: From table belowwhat is the probability to have a 
person that is CT scan –ve   or CXR negative? 

 

 

 
= 0.90 + .089 - 0.86 = .93 = 93% 

 

 

 
The ideas of mutually exclusive and independence are 
different. The way we work with them are also different. 
We say the events of “heads” and “tails” in the outcome 
of a single coin toss are mutually exclusive. A coin toss 
cannot produce heads and tails simultaneously. Weight of 
an individual classified as “underweight”, “normal”, 
“overweight” The outcomes on the first and second coin 
tosses are statistically independent and, therefore, 
probability [“heads” on 1st and “tails” on 2nd ] = 
(1/2)(1/2) = 1/4.  
The distinction between “mutually exclusive” and 
“statistical independence” can be appreciated by 
incorporating an element of time. “heads on 1st coin toss” 
and “tails on 1st coin toss” are mutually exclusive.  
Probability [“heads on 1st” and “tails on 1st” ] = 0 
Statistical Independence “heads on 1st coin toss” and 
“tails on 2nd coin toss” are statistically independent 
Probability [“heads on 1st” and “tails on 2nd ” ] = (1/2) 
(1/2) 
 
 
Group Work: 
Table below summarizes results of a study 
to evaluate the CXR as diagnostic test for TB. The study 
involved 240 patients with symptoms of fever and 
prolong cough who were seen at a medical facility for the 
diagnosis and treatment of chest diseases. Sputum 
specimens obtained from each of the patients and 
examined and the results obtained from CXR and sputum 
exam were cross tabulated.  


background image

Lecture 6 - Probability

 

 

 

75

 

 

a.  What is the probability that a patient has sputum +ve? 
                         183/240= 76.25% 
b.  What is the probability that a patient has sputum -ve? 
                           57/240= 
c.  What is the probability that a patient has CXR +ve? 
                           184/240 
d.  What is the probability that a patient has CXR -ve? 
                           56/240= 
e.  What is the probability that a patient has a positive CXR 

and +ve sputum?                                         
175/240 = 0.7292      OR = (183/240) (175/183) 

f.  What is the probability that a patient has CXR –ve and 

sputum -ve?   

     48/240 = .20            OR = (57/240) (48/57) 
g.  What is the probability that a patient has CXR +ve giving 

that sputum +ve?  

     175/183 = .9563     OR = (175/240) / (183/240) = 175/183 
h.  What is the probability that a patient with sputum -ve has 

a negative CXR?  

     48/57 = .8421         OR = (48/240) / (57/240) = 48/57 
i.  What is the probability that a patient with sputum -ve has 

a positive CXR? 

      9/57 = .1579           OR = (9/240) / ( 57/240) =9/57 
j.  What is the probability that a man with sputum +ve has a 

negative CXR?  

      8/183 = .0437        OR = ( 8/240)/(183/240) = 8/183 
k.  What is the probability that a man with a positive CXR 

has sputum +ve?  

     175/184 = .9511      OR = ( 175/240)/(184/240) = 175/184 
l.  A clinic similar to the one that conducted the CXR study 

examines a man with symptoms of cough and prolong 
fever and decides to order the CXR, which comes back 
negative. What is the likelihood that this patient has TB? 
What is the likelihood that he does not have it? 

     The probability that TB patient gives -ve CXR = 8/56 = 

.1429 

     The probability that he does not have TB is = 48/56 = 

.8571 

m. Based on data in the above table, what is the probability 

that a man who visits the clinic has a positive CXR or 
sputum, or P(T+ or D+)?  

      = (148/240)+(183/240)-(175/240) = 192/240 = .80 
n.  Consider the probabilities P(Sputum+/CXR+) & 

P(CXR+/Sputum+). Which would be more informative to 

a physician who is interested in establishing a diagnosis 
of TB in a patient?  
Physicians frequently must interpret positive or negative 
test results in an attempt to judge the likelihood of disease 
in a given patient. Therefore, the probability of most 
interest (from a diagnostic point of view) is the 
probability of disease given a positive test result, 
P(Sputum+/CXR+) or P(D+/T+).  
 
EX: Cystic fibrosis is an autosomal recessive disease, and 
it is manifested when a person carries two mutant alleles.  
Parents of affected children are heterozygous carriers.  A 
healthy  26-year-old  male  comes  for  a  routine  health 
maintenance  examination.    He  recently  got  married,  and 
he  is  currently  planning  to  have  children.    His  younger 
brother  was  recently  diagnosed  with  cystic  fibrosis,  and 
he  wants  to  know  his  chances  of  carrying  the  abnormal 
allele. Which of the following is the best response? 

 
A) He has 25% chance of being a carrier    
B) He has 50% chance of being a carrier T 
C) He has 75% chance of being a carrier 
D) He has 100% chance of being a carrier 

 

The chance of being a carrier (i.e., the chance of carrying 
one mutant allele) is 1/2, the chance of having the disease 
(i.e., the chance of having two mutant alleles) is ¼, and 
the chance of having both normal alleles is ¼.  

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 137 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل