35. Distribución uniforme

La distribución uniforme modela situaciones en las que los resultados posibles tienen el mismo peso. En su versión continua, todos los intervalos de igual longitud dentro de un rango tienen la misma probabilidad.

35.1 Idea fundamental

Una distribución es uniforme cuando no existe preferencia probabilística entre los resultados permitidos. La palabra “uniforme” no significa que todos los números del mundo sean igualmente probables, sino que dentro del conjunto o intervalo definido cada resultado tiene el mismo peso.

EquidadLos resultados permitidos tienen la misma probabilidad.
IntervaloLa uniforme continua queda definida entre a y b.
Densidad constanteLa altura de la densidad no cambia dentro del intervalo.
SimulaciónSe puede generar con Math.random().

35.2 Uniforme discreta

Si una variable discreta tiene n resultados igualmente probables, cada uno posee probabilidad:

P(X=x)=1/n

Un dado equilibrado es un ejemplo: sus seis caras tienen probabilidad 1/6. La esperanza de una uniforme discreta sobre los valores consecutivos a,a+1,...,b es:

E(X)=(a+b)/2

La media coincide con el punto central del conjunto cuando los valores están regularmente espaciados.

35.3 Uniforme continua

Decimos que X tiene distribución uniforme continua en [a,b] si su densidad es constante dentro del intervalo y cero fuera de él:

f(x)=1/(b−a), si a≤x≤b;   f(x)=0, en otro caso

La altura se elige para que el área total sea 1. Como el área de un rectángulo es base por altura, (b−a)·1/(b−a)=1.

35.4 Probabilidad de un intervalo

En una uniforme continua, la probabilidad depende de la longitud del intervalo, no de su posición:

P(c≤X≤d)=(d−c)/(b−a)   para   a≤c≤d≤b

Por ejemplo, si X es uniforme en [0,10], P(2≤X≤5)=3/10. El intervalo mide 3 unidades dentro de un rango total de 10.

35.5 Función de distribución acumulada

La CDF de una uniforme continua crece linealmente:

F(x)=0 si x<a;   F(x)=(x−a)/(b−a) si a≤x≤b;   F(x)=1 si x>b

En los extremos vale 0 y 1. Dentro del intervalo, la pendiente constante refleja que la densidad es uniforme.

35.6 Esperanza y varianza

Para X uniforme en [a,b], el centro del intervalo es la esperanza:

E(X)=(a+b)/2

La varianza y la desviación estándar son:

Var(X)=(b−a)²/12
σ=(b−a)/√12

La dispersión depende solamente de la amplitud b−a. Desplazar el intervalo sin cambiar su longitud modifica la media, pero no la varianza.

35.7 Ejemplo: tiempo de llegada

Supongamos que una persona llega en un instante uniformemente distribuido entre 0 y 10 minutos. La probabilidad de llegar entre 2 y 5 minutos es 3/10, la espera media es 5 minutos y la varianza es 100/12≈8,333 minutos².

El modelo es apropiado si todos los instantes del intervalo son razonablemente equivalentes. Si existen horarios más frecuentes, una distribución uniforme dejaría de ser adecuada.

35.8 Visualizador de la distribución uniforme

El gráfico muestra la densidad constante, el intervalo consultado y el área que representa la probabilidad. Cambia los límites para observar cómo se modifica la altura y la probabilidad.

Densidad y probabilidad uniforme

Distribución uniformeDensidad constante y área de un intervalo.

35.9 Distribución uniforme en JavaScript

La función Math.random() genera un número pseudoaleatorio en [0,1). Para obtener una uniforme en [a,b) se escala y se desplaza:

function uniforme(a, b) {
  return a + Math.random() * (b - a);
}

const valores = Array.from({length: 5},
  () => uniforme(10, 20));
console.log(valores); // valores entre 10 y 20

Pulsa Ejecutar para generar una pequeña muestra. Los valores cambian en cada ejecución.

35.10 Simulación de una uniforme

La simulación agrupa los valores generados en intervalos. Si el modelo es correcto y la cantidad de muestras es grande, las barras tienden a tener alturas parecidas.

Histograma aproximado

35.11 Transformaciones de una uniforme

Si X es uniforme en [0,1] y definimos Y=a+(b−a)X, entonces Y es uniforme en [a,b]. Esta transformación es la base de muchos generadores de números aleatorios.

Y=a+(b−a)U   con   U∼Uniforme(0,1)

Si a<b, la transformación conserva el orden y cambia la escala. En programación, es el patrón habitual para convertir el resultado de un generador pseudoaleatorio a un rango deseado.

35.12 Uniforme y simulación de decisiones

La distribución uniforme puede representar una elección al azar entre opciones equiprobables, una posición aleatoria dentro de un intervalo, una fase, un tiempo aproximado o un parámetro inicial en un algoritmo.

Debe usarse con criterio: que un programa pueda generar uniformemente un valor no significa que el fenómeno real tenga una distribución uniforme.

35.13 Limitaciones del modelo

La uniforme supone densidad constante y límites bien definidos. No representa adecuadamente fenómenos con concentración alrededor de una media, colas pesadas, varios grupos o tasas que cambian dentro del intervalo.

Antes de elegirla conviene observar los datos, conocer el mecanismo que produce los valores y comprobar si la igualdad de pesos es razonable.

35.14 Aplicaciones

Se utiliza en generación de datos de prueba, simulaciones Monte Carlo, selección aleatoria, muestreo, juegos, inicialización de algoritmos y modelado de incertidumbre cuando solo se conocen límites y no hay razones para privilegiar una zona.

35.15 Errores frecuentes

  • Confundir uniforme continua con una lista infinita de resultados discretos equiprobables.
  • Usar una densidad cuya área total no sea 1.
  • Calcular la probabilidad de un intervalo usando su posición en lugar de su longitud.
  • Olvidar que P(X=x)=0 para un punto aislado en una distribución continua.
  • Suponer que pocos valores simulados deben formar un histograma perfectamente plano.
  • Aplicar una uniforme a un fenómeno que claramente concentra probabilidades en algunas zonas.

35.16 Qué debes recordar de este tema

X∼Uniforme(a,b)
f(x)=1/(b−a)
P(c≤X≤d)=(d−c)/(b−a)
E(X)=(a+b)/2
Var(X)=(b−a)²/12

La uniforme asigna densidad constante dentro de un intervalo. Las probabilidades se calculan mediante longitudes relativas y su simulación se obtiene escalando un número aleatorio en [0,1).

35.17 Conclusión

La distribución uniforme es uno de los modelos continuos más simples y una herramienta esencial para comprender densidades, áreas y generación aleatoria. Su simplicidad permite concentrarse en la relación entre rango, probabilidad y simulación antes de estudiar distribuciones con formas más complejas.

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