도구스학업·수학

포아송 과정(대기시간·합치기·솎아내기) 계산기

단위시간당 λ번 일어나는 사건의 다음 사건까지 대기시간(지수분포)과 k번째까지의 시간(감마분포)을 구합니다. 두 흐름을 합치면 λ가 더해지고 확률 p로 솎으면 λp가 되는 성질, 그리고 검사 역설까지 함께 보여 줍니다.

사건과 사건 사이가 평균 얼마나 되는지입니다.

시간 단위

번째

다음 사건이 15분 안에 올 확률

77.69%

λ = 0.1회/분, 평균 간격 10분입니다. 그 시간 동안 평균 1.5번 일어날 것으로 추정됩니다.

평균 간격 1/λ10분
대기시간 중앙값 ln2/λ6.9315분
15분를 넘겨 기다릴 확률22.31%
15분 안에 한 번도 안 일어날 확률22.31%
3번째 사건까지의 평균 시간30분
3번째 사건이 15분 안에 일어날 확률19.12%

검사 역설

평균 간격10분
그 절반이라면5분 — 틀린 답입니다
아무 때나 도착했을 때 실제 기다리는 시간10분
내가 떨어진 «그 간격»의 평균 길이20분

버스를 기다릴 때 늘 오래 기다리는 것 같은 느낌의 정체가 이것입니다. 무기억성 때문에 내가 언제 도착했든 앞으로의 대기시간은 여전히 평균 10이고, 뒤집어 보면 내가 떨어진 간격 자체가 평균의 두 배입니다 — 긴 간격일수록 내가 그 안에 떨어질 확률이 높기 때문입니다.

얼마나 기다리면 되나

이 확률로 오려면기다릴 시간평균 대비
25%2.8770.29
50%6.9310.69
75%13.8631.39
90%23.0262.3
95%29.9573
99%46.0524.61

「거의 확실히」 오려면 평균의 몇 배를 기다려야 하는지 보세요. 99%까지 가려면 평균의 4.6배입니다 — 지수분포의 꼬리가 그만큼 깁니다.

k번째 사건까지

k평균 시간 k/λ15 안에 일어날 확률
1번째1077.69%
2번째2044.22%
3번째3019.12%
5번째501.86%
10번째1000%

합치기와 솎아내기

합친 λ0.15회/분
합친 평균 간격6.6667분
사건 하나가 이 흐름에서 왔을 확률66.67%
%
골라낸 흐름의 λ0.03회/분
골라낸 흐름의 평균 간격33.3333분
버린 흐름의 λ0.07회/분

합쳐도 솎아내도 여전히 포아송 과정입니다. 그래서 대기행렬 모형이 이 흐름을 즐겨 씁니다 — 여러 창구로 나누거나 여러 줄을 합쳐도 같은 도구로 다룰 수 있기 때문입니다.

무기억성 확인. 이미 평균 간격만큼 기다린 뒤 다시 그만큼 더 기다릴 확률은 36.7879%이고, 방금 도착해 그만큼 기다릴 확률은 36.7879%입니다. 정확히 같습니다 — 기다린 시간이 앞으로를 조금도 바꾸지 않습니다.

개수 쪽과 시간 쪽은 같은 것의 앞뒤입니다. 「t 시간에 k번 일어날 확률」은 포아송분포이고 「k번째 사건까지 걸리는 시간」은 감마분포인데, P(k번째 사건 ≤ t) = P(t 안에 k번 이상)이라 두 계산이 정확히 맞물립니다. 개수가 궁금하면 포아송분포 계산기를, 시간이 궁금하면 이 도구를 쓰세요.
무기억성은 지수분포만의 성질입니다. P(T > s+t | T > s) = P(T > t)이며, 연속분포 중 이 성질을 갖는 것은 지수분포뿐입니다. 전구가 이미 1000시간 켜져 있었다는 사실이 앞으로의 수명을 바꾸지 않는다는 뜻인데, 실제 기계 부품은 닳으므로 이 가정이 잘 맞지 않습니다. 마모가 있는 수명에는 와이불분포를 씁니다.
평균 간격이 10분이어도 기다리는 시간은 평균 10분입니다. 5분이 아닙니다. 무기억성 때문에 내가 언제 도착했든 앞으로의 대기시간이 여전히 지수분포(평균 1/λ)이기 때문입니다. 뒤집어 보면 내가 도착한 순간이 들어 있는 그 간격의 길이가 평균 2/λ, 곧 전체 평균의 두 배입니다 — 긴 간격일수록 내가 그 안에 떨어질 확률이 높으니 길이에 비례해 뽑히는 셈입니다. 체감이 틀린 것이 아니라 표집이 치우친 것입니다.
실제 도착이 포아송 과정이 아닐 때가 많습니다. 이 계산은 사건이 서로 독립이고 λ가 시간에 따라 변하지 않는다고 봅니다. 그런데 출퇴근 시간의 지하철 도착, 점심시간의 주문, 배차 간격이 정해진 버스는 모두 이 가정을 어깁니다. 시간대마다 λ가 달라지면 구간을 나눠 따로 보거나 비동차 포아송 과정을 써야 합니다.
꼬리가 깁니다. 지수분포는 중앙값이 평균의 0.693배로 절반 넘는 경우가 평균보다 짧게 끝나지만, 대신 아주 긴 경우가 드물게 섞입니다. 99%까지 기다리려면 평균의 4.6배가 필요합니다. 「평균 대기시간」만 보고 설비를 잡으면 절반이 기다림에 걸리므로, 대기행렬 설계에서는 평균이 아니라 분위수를 봐야 합니다.

계산 방법

  1. 1평균 간격을 알면 그대로 넣고, 단위시간당 횟수(λ)를 알면 그쪽으로 바꿔 넣습니다.
  2. 2시간 단위를 고르고 관심 있는 시간을 넣습니다.
  3. 3다음 사건이 그 안에 올 확률과 k번째 사건까지의 시간을 확인합니다.
  4. 4검사 역설 표에서 「평균 간격의 절반」이 왜 틀린 답인지 봅니다.
  5. 5다른 흐름을 더하거나 일부만 골라냈을 때 λ가 어떻게 바뀌는지 확인합니다.

자주 묻는 질문

지수분포를 따르며 P(T ≤ t) = 1 − e^(−λt)입니다. 평균은 1/λ, 중앙값은 ln2/λ로 평균보다 짧습니다. λ가 분당 0.1이면 평균 10분을 기다리고, 10분 안에 올 확률은 약 63.2%입니다.

아닙니다. 평균 10분을 기다립니다. 무기억성 때문에 내가 언제 도착했든 앞으로의 대기시간이 여전히 지수분포(평균 1/λ)이기 때문입니다. 이것을 검사 역설이라고 하며, 버스를 기다릴 때 늘 오래 기다리는 것 같은 느낌의 정체가 이것입니다.

내가 도착한 순간이 들어 있는 간격이 길이에 비례해 뽑히기 때문입니다. 긴 간격일수록 내가 그 안에 떨어질 확률이 높아서, 내가 겪는 간격의 평균 길이는 2/λ로 전체 평균의 두 배가 됩니다. 체감이 틀린 것이 아니라 표집이 치우친 것입니다.

P(T > s+t | T > s) = P(T > t), 곧 이미 기다린 시간이 앞으로의 대기시간을 조금도 바꾸지 않는다는 뜻입니다. 연속분포 중 이 성질을 갖는 것은 지수분포뿐입니다. 실제 기계 부품은 닳으므로 이 가정이 잘 맞지 않고, 마모가 있는 수명에는 와이불분포를 씁니다.

감마(k, λ) 분포를 따르며 평균은 k/λ입니다. P(k번째 사건 ≤ t)는 「t 안에 k번 이상 일어날 확률」과 정확히 같으므로, 포아송 꼬리확률로도 같은 값을 얻을 수 있습니다.

λ₁ + λ₂인 포아송 과정이 됩니다. 각 사건이 1번 흐름에서 왔을 확률은 λ₁/(λ₁+λ₂)입니다. 반대로 각 사건을 확률 p로 독립하게 골라내면 λp인 포아송 과정이 되며 남은 것과 걸러낸 것은 서로 독립입니다.

이쪽은 시간, 그쪽은 개수를 다룹니다. 「t 시간에 k번 일어날 확률」이 궁금하면 포아송분포 계산기를, 「다음 사건까지 얼마나 걸릴까」나 「k번째까지 얼마나 걸릴까」가 궁금하면 이 도구를 쓰세요. 두 계산은 서로 맞물려 있습니다.

전송되지 않습니다. 계산은 모두 브라우저 안에서 이루어지고 넣은 값은 이 기기에만 남습니다.

알아두면 좋은 점

  • 사건이 서로 독립이고 λ가 시간에 따라 변하지 않는다고 봅니다. 출퇴근 시간대의 도착이나 배차 간격이 정해진 버스는 이 가정을 어깁니다.
  • λ가 시간대마다 다르면 구간을 나눠 따로 보거나 비동차 포아송 과정을 써야 합니다.
  • 대기행렬의 서비스 시간이나 대기열 길이는 다루지 않습니다. 도착 흐름만 봅니다.
  • 무기억성 가정은 마모가 있는 부품 수명에는 맞지 않습니다. 그럴 때는 와이불분포를 씁니다.

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마지막 검증: 2026년 9월 2일 · 결과는 참고용 추정치입니다.