Генеральная и выборочная совокупность.

Оп. 1.В математической статистике понятие генеральной совокупности трактуется как совокупность всех мыслимых наблюдений, которые могли бы быть произведены при данном реальном наборе условий. Понятие генеральной совокупности, в определенном смысле, аналогично понятию случайной величины.

Оп. 2.Часть наблюдаемых значений с. в., на основании которых делают вывод о ее свойствах, называется выборкой.Сущность выборочного метода состоит в том, чтобы по некоторой части генеральной совокупности (выборке) выносится суждение о ее свойствах в целом.

Оп. 3.Выборка называется репрезентативной (представительной), если она достаточно хорошо воспроизводит генеральную совокупность.

Чтобы по данным выборки иметь возможность судить о генеральной совокупности, она должна быть отобрана случайно. Случайность отбора элементов в выборку достигается соблюдением принципа равной возможности всем элементам генеральной совокупности быть отобранными в выборку.

Математическая теория выборочного метода основывается на анализе собственно-случайной выборки, образованной случайным выбором элементов по одному без расчленения генеральной совокупности на части или группы.

Используют два способа образования выборки:

повторный отбор (по схеме возвращенного шара), когда каждый элемент, случайно отобранный и обследованный, возвращается в общую совокупность и может быть повторно отобран;

бесповторный отбор (по схеме невозвращенного шара), когда отобранный элемент не возвращается в общую совокупность.

Вариационные ряды, их характеристики и графическое изображение.

Оп. 4.Различные значения с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru (признака) в выборке называются вариантами (обозначаем их через Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ). В случае Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru испытаний с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru символически запишем ряд значений: Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Оп. 5.Расположение вариантов в порядке возрастания (убывания) называется ранжированием ряда: Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Оп. 6.Разбивка ранжированного ряда значений с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru на частичные интервалы называется группировкой.

Согласно формуле Стерджеса, рекомендуемое число интервалов Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , а длина частичного интервала (шаг) Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Оп. 7.Числа, показывающие, сколько раз встречаются варианты из данного интервала, называются частотами Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , а отношение их к общему числу наблюдений — частостями или относительными частотами Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru. Частоты и частости называются весами.

Оп. 8. Вариационным рядом называется ранжированный в порядке возрастания (или убывания) ряд вариантов с соответствующими им весами. Различают дискретные и непрерывные вариационные ряды. Варианты дискретного ряда являются значениями ДСВ, а непрерывного – НСВ.

Дискретный вариационный ряд, с относительными частотами в качестве весов, служит оценкой закона распределения ДСВ по данным выборки.

Оп. 9. Накопленная частота Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru показывает, сколько наблюдалось вариантов со значением признака, меньшим Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Отношение накопленной частоты Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru к общему числу наблюдений Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru назовем накопленной частостью Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Оп. 10. Полигон – ломаная линия, в которой концы отрезков прямой имеют координаты Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Полигон служит для графического изображения вариационного ряда ДСВ. По теореме Бернулли относительные частоты оценивают по статистическим данным вероятности того, что ДСВ Х в результате испытания примет значение Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Т. о. полигон дает графическую оценку закона распределения ДСВ по данным выборки.

Оп. 11. Гистограмма - ступенчатая фигура из прямоугольников с основаниями, равными длинам интервалов Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и высотами равными плотностям частостей Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru интервалов.

Гистограмма служит для графического изображения вариационных рядов НСВ. По теореме Бернулли, плотность относительной частоты может служить оценкой плотности распределения вероятности НСВ Х по данным выборки, а относительная частота Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru служит оценкой вероятности того, что значение Х попадет внутрь интервала Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Площадь гистограммы равна единице – таким свойством обладает кривая плотности распределения НСВ. Т. о. гистограмма служит графической оценкой плотности распределения вероятностей НСВ по выборочным данным.

Оп. 12. Кумулятивная кривая(кумулята) – кривая накопленных частостей. Для дискретного ряда – ломанная линия Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Для интервального ряда ломанная линия начинается в точке Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , а другие ее точки соответствуют концам интервалов.

Накопленные частости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru оценивают по выборочным данным вероятности Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Кумулята служит графической оценкой интегральной функции распределения Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru по выборочным данным.

Пример 1. Получены данные по показателям суточного водопотребления жилого массива города, Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru :

174 166 174 146 173 165 188 161 150 158

173 164 150 156 142 171 154 175 189 140

157 164 168 171 170 158 186 165 185 172

168 170 163 176 160 172 163 162 178 155

180 162 156 148 160 156 148 150 167 166

154 166 165 181 177 152 145 167 177 185

Провести графическую оценку плотности распределения и интегральной функции НСВ суточного водопотребления по данным выборки.

Составим вариационный ряд.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Интервалы Частоты Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Частости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Плотность частости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Накопленные частости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.067 0.0095 0.067
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.133 0.019 0.2
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.167 0.024 0.367
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.267 0.038 0.633
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.183 0.026 0.817
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.1 0.014 0.917
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.083 0.012
  Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru    

По данным таблицы составим гистограмму плотностей частостей (рис. 1) и кумулятивную кривую (рис. 2).

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Рис. 1. Гистограмма Рис. 2. Кумулята.

Лекция №3. Точечные и интервальные оценки параметров генеральной совокупности.

Характеристики генеральной и выборочной совокупности.

Средняя арифметическая и ее свойства. Медиана, мода, показатели вариации. Дисперсия, ее свойства. Моменты вариационного ряда. Показатели асимметрии.

Доверительные интервалы. Необходимая численность выборки.

Точечные характеристики генеральной и выборочной совокупности.

Оп. 1.Числа объектов (наблюдений) в генеральной Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru или выборочной Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru совокупности называются их объемами.

Генеральная совокупность может иметь как конечный, так и бесконечный объем.

Пусть Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru соответственно число элементов генеральной и выборочной совокупностей, обладающих значением признака Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Тогда можно рассмотреть основные точечные характеристики:

Характеристика Генеральная совокупность Выборка
Средняя Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru
Дисперсия Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru
Доля (относительная частота) Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Замечание 1. В случае бесконечной генеральной совокупности Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , в соответствии с теоремой Бернулли, под генеральными средней и дисперсией понимается соответственно математическое ожидание Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и дисперсия Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru распределения признака X, а под генеральной долей Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru — вероятность данного события.

Оп. 2.Оценкой Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называют всякую функцию результатов наблюдений над случайной величиной X, с помощью которой судят о значении параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru : Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Замечание 2. Так как Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - значения с. в. Х и могут изменяться от выборки к выборке, то Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - сама по себе является случайной величиной,в отличие от оцениваемого параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Поэтому, о качестве оценки следует судить не по индивидуальным ее значениям, а лишь по распределению ее значений в большой серии испытаний.

В качестве статистических оценок параметров генеральной совокупности желательно использовать оценки, удовлетворяющие одновременно требованиям несмещенности, состоятельности и эффективности.

Оп. 3.Оценка Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называется несмещенной, если ее математическое ожидание равно оцениваемому параметру: Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Требование несмещенности гарантирует отсутствие систематических ошибок при оценивании.

Оп. 4.Оценка Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называется состоятельной, если она удовлетворяет закону больших чисел, т.е. сходится по вероятности к оцениваемому параметру: Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

В случае использования состоятельных оценок, при достаточно больших объемах выборки, становятся маловероятными значительные ошибки при оценивании.

Оп. 5.Несмещенная оценка Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называется эффективной, если она имеет наименьшую дисперсию среди всех возможных несмещенных оценок, вычисленных по выборкам одного и того же объема Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Если рассматривать в качестве оценок генеральной средней и доли соответствующие точечные характеристики выборки, то из теорем Чебышева и Бернулли сразу следует их состоятельность.

Для того, чтобы смоделировать получение выборки значений с. в. Х объема Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , рассмотрим Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru одинаковых с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru с равными математическими ожиданиями. Тогда:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru оценка генеральной средней в виде выборочной средней является несмещенной. Для повторной выборки Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - оценка эффективная.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Выборочная дисперсия, как мера разброса, не зависит от расположения координатных осей. Перенесем начало СК в точку с координатой Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Тогда новые значения случайных величин Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Выражение для Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru в новой СК можно записать:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Последнее равенство справедливо для случая повторнойвыборки, так как при этом с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru являются взаимно-независимыми. Из последнего равенства следует, что Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru является смещенной оценкой дисперсии генеральной совокупности. В качестве несмещенной оценки дисперсии используется величина Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru :

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Замечание 3. Аналогичный результат для оценки дисперсии можно получить и для бесповторной выборки.

Замечание 4. При достаточно большом объеме выборки Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Рассмотрим вопрос о несмещенности оценки доли генеральной совокупности. Для случая повторной выборки рассмотрим Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru одинаковых с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru каждая из которых – с. в. числа проявления интересующего значения в Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru -м испытании. С. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru может принимать значения Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и распределена по закону Бернулли. В теории вероятностей показано, что Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , где Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - вероятность проявления значения интересующего значения в однократном испытании.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - оценка несмещенная.

Замечание 5. Полученные выводы применимы и для бесповторной выборки, если ее объем значительно меньше объема генеральной совокупности. Это положение часто используется на практике.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - оценка эффективная.

Т. о. для оценки значения средней генеральной совокупности по данным выборки используется выборочная средняя:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ,

где С –варианта с набольшей частотой, Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru шаг интервала.

Для оценки дисперсии генеральной совокупности используется исправленная выборочная дисперсия:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

При анализе интервального ряда в качестве вариант рассматриваются середины интервалов.

Пример 2. По данным примера 1 определить выборочную среднюю и дисперсию, коэффициент вариации, медиану и моду распределения с. в. водопотребления.

Середины Частоты Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru С=164,5 Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru
143,5 -21 -3 -12
150,5 -14 -2 -16
157,5 -7 -1 -10
164,5
171,5
178,5
185,5
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - - -

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Определим коэффициент вариации выборки: Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Вводя обозначения Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , запишем формулы для оценки величины асимметрии Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и эксцесса Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru :

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Середины Частоты Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru
143,5 -3 -27 -108
150,5 -2 -8 -64
157,5 -1 -1 -10
164,5
171,5
178,5
185,5
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - - -

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Определение моды и медианы можно, в первом приближении, провести графическими методами. Графически получим:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Для вычисления моды Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и медианы Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru из интервальных рядов прибегают к интерполяционным формулам:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - нижние границы модального и медианного интервалов соответственно; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - частоты модальных (медианных), пред- и после модальных (медианных) интервалов соответственно. Выписанные формулы являются аналитическим выражением для х координаты точки пересечения прямых на рисунке, т. е. являются линейной интерполяцией изменения частот (накопленных частот) на модальном (медианном) интервале.

Модальный интервал находят как интервал, на котором гистограмма, являющаяся оценкой кривой плотности распределения по данным выборки, принимает максимальное значение. Т. е. модальный интервал соответствует интервалу с наибольшей плотностью относительной частоты.

Медианный интервал должен содержать оценку квантиля Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Т. е. в этом интервале относительная накопленная частота должна достичь значения Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

По данным расчетной таблицы предшествующей лекции модальный и медианный интервалы совпадают:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

По данным вычислений Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Интервальные оценки.

Точечная оценка Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru является некоторым приближением к истинному значению. Чтобы получить представление о точности и надежности оценки, используют интервальную оценку.

Оп. 6. Интервальной оценкойпараметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называют числовой интервал Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , который с заданной вероятностью Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru накрывает неизвестное значение параметра Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Числа Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru находятся по выборочным данным и являются случайными величинами. Величина доверительного интервала уменьшается при Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и возрастает при Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Доверительный интервал для генеральной средней.

В случае повторной выборки Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , где Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - независимые, одинаково распределенные с. в. с конечными математическими ожиданиями и дисперсиями. Следовательно, по теореме Ляпунова, при Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru распределение Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru приближается к нормальному Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Для бесповторной выборки Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - зависимые с. в. Но и в этом случае можно показать, что закон распределение как угодно близок к нормальному.

1. Случай больших выборок.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

В последнем выражении Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - среднее квадратичное отклонение генеральной совокупности. Если Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru неизвестно, то по законам больших чисел, при больших объемах выборки ее можно заменить оценкой Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Из последнего равенства найдем Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Выбирая Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru достаточно близким к единице, можно считать, что с заданной степенью надежности неравенство Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru выполняются. Откуда следует, что:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Дисперсия Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru была найдена для случая повторной выборки Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Для бесповторной выборки показано, что Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Из полученных формул следует, что необходимый объем повторной выборки для получения оценки математического ожидания с надежностью Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и ошибкой, не превышающей Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru :

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Для бесповторной выборки аналогичная формула выглядит Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

2. Случай малых выборок.

Задача построения доверительного интервала для генеральной средней может быть решена, если признак генеральной совокупности имеет нормальное распределение. Тогда распределение Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru также будет нормальным для любого числа слагаемых.

Случайная величина Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru распределена по закону Стьюдента. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru -распределение симметрично относительно оси ординат, но более пологое по сравнению с нормальным. При Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru -распределение неограниченно приближается к нормальному. При Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru можно считать распределение нормальным.

Плотность распределения Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru является функцией только объема выборки. В соответствии со свойствами непрерывных случайных величин, величина вероятности

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Вычисляя значение интеграла при различных Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru составляют таблицы Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .Интервальная оценка генеральной средней:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Величина Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru находится из статистических таблиц Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Доверительный интервал для генеральной доли.

1. Случай больших выборок.

Несмещенной и эффективной оценкой генеральной доли Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru служит относительная частота выборочной совокупности Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . С. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , где Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - с. в. числа проявлений события A в i-м испытании. Каждая с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru распределена по биномиальному закону. Но если выборка повторная ( Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - взаимно независимы), то сумма их достаточно большого количества распределена нормально (ЦПТ теорема Ляпунова). Ранее показано, что Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Тогда, по аналогии с интервальной оценкой математического ожидания:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Необходимый объем выборки Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . В случае бесповторной выборки максимальная ошибка Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

2. Случай умеренно больших выборок.

Объем выборки не настолько велик, чтобы вместо доли генеральной совокупности использовать относительную частоту выборки, но распределение с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru можно считать близким к нормальному. Тогда Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , и для нахождения интервальной оценки необходимо решить неравенство:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Пример 3. По данным предыдущих задач составить интервальные оценки генеральной средней и генеральной доли суточного водопотребления объемом Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru при доверительной вероятности Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Лекция №4. Статистические гипотезы.

Проверка статистических гипотез. Критерий Пирсона.

Оп. 1. Статистическойназывают гипотезу о виде неизвестного закона распределения или о параметрах известных законов распределений.

Выдвинутую гипотезу называют нулевой Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Наряду с нулевой гипотезой рассматривают и альтернативную (противоположную) ей гипотезу Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Если в процессе анализа ситуации нулевая гипотеза отвергается, то автоматически принимается альтернативная гипотеза.

Нулевая гипотеза может быть, как правильной, так и нет. Возникает необходимость ее проверки. Проверку проводят статистическими методами, следовательно, есть некоторая вероятность того, что будет принято неправильное решение. Могут быть допущены ошибки:

1. Ошибка первого рода – отвергнута правильная гипотеза. Вероятность этой ошибки обозначим Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , ее называют уровнем значимости.

2. Ошибка второго рода – принята неправильная гипотеза. Вероятность этой ошибки обозначим Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Оп. 2. Статистическим критерием называют случайную величину Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , точное или приближенное распределение которой известно, служащую для проверки нулевой гипотезы.

Оп. 3. Наблюдаемым значением Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называют значение критерия, вычисленное по данным выборки, в предположении справедливости гипотезы Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

После выбора определенного критерия множество всех его возможных значений разбивают на два непересекающихся подмножества: одно из них содержит значения критерия, при которых нулевая гипотеза отвергается, а другая—при которых она принимается.

Оп. 4. Критической областью называют совокупность значений критерия, при которых нулевую гипотезу отвергают. Областью принятия гипотезы называют совокупность значений критерия, при которых гипотезу принимают.

Основной принцип проверки статистических гипотез можно сформулировать так: если наблюдаемое значение критерия принадлежит критической области—гипотезу Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru отвергают, если наблюдаемое значение критерия принадлежит области принятия гипотезы - гипотезу Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru принимают.

Оп. 5. Критическими точками Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называют точки, отделяющие критическую область от области принятия гипотезы. Различают одностороннюю (правостороннюю или левостороннюю) и двустороннюю критические области.

Оп. 6. Правосторонней называют критическую область, определяемую как Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Левосторонней называют критическую область Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Двусторонней называют критическую область, определяемую неравенствами Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Замечание 1. Наблюдаемое значение критерия может оказаться выходящим за границы области принятия гипотезы не потому, что нулевая гипотеза ложна, а по другим причинам (малый объем выборки, недостатки методики эксперимента и др). В этом случае, отвергнув правильную нулевую гипотезу, совершают ошибку первого рода. Вероятность этой ошибки

равна уровню значимости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Замечание 2. Пусть нулевая гипотеза принята; ошибочно думать, что тем самым она доказана. Действительно, известно, что один пример, подтверждающий справедливость некоторого общего утверждения, еще не доказывает его. Поэтому – более правильно говорить «данные наблюдений согласуются с кулевой гипотезой и, следовательно, не дают оснований ее отвергнуть».

На практике для большей уверенности принятия гипотезы ее проверяют другими способами или повторяют эксперимент, увеличив объем выборки.

Отвергают гипотезу более категорично, чем принимают. Действительно, известно, что достаточно привести один пример, противоречащий некоторому общему утверждению, чтобы это утверждение отвергнуть. Если оказалось, что наблюдаемое значение критерия принадлежит критической области, то этот факт и служит примером, противоречащим нулевой гипотезе, что позволяет ее отклонить.

Процедуру проверки статистической гипотезы поясним на примере проверки гипотезы о значении параметра распределения.

Пример 4. Сухую строительную смесь упаковывают в пакеты с номинальным весом 1 кг. Упаковочная машина работает со средним квадратичным отклонением Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Случайная выборка объемом Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru пакетов готовой продукции выявила средний вес Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Имеется ли какое-либо основание предполагать, что фасовочная машина работает без нарушений в настройке?

Если фасовочная машина работает без нарушений в настройке, то ошибки в заявленном весе пакета носят случайный характер и математическое ожидание с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - веса отдельно взятого пакета будет равно 1 кг.

В качестве нулевой гипотезы, выдвинем предположение - Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , а альтернативную гипотезу сформулируем как Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Предположим, что с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru распределена по нормальному закону, тогда распределение ее выборочной средней Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru также будет нормальным.

В качестве статистического критерия выберем с. в. Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , которая при вышеназванных условиях имеет нормальное распределение. Найдем число Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , для которого справедливо равенство:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Таким образом, с вероятностью Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru мы можем ожидать, что значения с. в. z будут попадать в интервал Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Предполагая справедливость гипотезы Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , вычислим значение Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru по данным выборки.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Наблюдаемое значение статистического критерия выходит за интервал принятия гипотезы. Нулевую гипотезу отвергаем. Статистические данные свидетельствуют о том, что фасовочная машина работает с нарушениями в настройке и математическое ожидание веса отдельного пакета отлично от заявленного.

Используя идеи, изложенные в примере 4, можно построить формальную процедуру сравнения выборочной средней с гипотетической генеральной средней нормальной совокупности. Для того чтобы при заданном уровне значимости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru проверить нулевую гипотезу Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru о равенстве генеральной средней Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru нормальной совокупности с известной дисперсией Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru гипотетическому значению Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru при конкурирующей гипотезе Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , надо вычислить наблюдаемое значение критерия:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

и по таблице функции Лапласа найти критическую точку двусторонней критической области Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru по равенству

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Если Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru — нет оснований отвергнуть нулевую гипотезу. Если Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru — нулевую гипотезу отвергают.

Если дисперсия генеральной совокупности неизвестна, то в качестве критерия проверки нулевой гипотезы принимают случайную величину:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru ,

которая имеет распределение Стьюдента с Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru степенями свободы. При конкурирующей гипотезе Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru надо вычислить наблюдаемое значение критерия:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

и по таблице критических точек распределения Стьюдента, по заданному уровню значимости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , помещенному в верхней строке таблицы, и числу степеней свободы k найти критическую точку Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Если Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru — нет оснований отвергнуть нулевую гипотезу. Если Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru — нулевую гипотезу отвергают.

Пример 5. Используя статистические данные примеров 1 и 2 оценить диапазон возможных значений генеральной средней с. в. суточного водопотребления, обеспечивающих принятие двусторонней нулевой гипотезы при уровне значимости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Результат соответствует полученной ранее интервальной оценке математического ожидания.

Гипотеза о виде закона распределения. Критерий Пирсона.

Если закон распределения неизвестен, но есть основания предположить, что он имеет определенный вид А, то проверяют нулевую гипотезу: генеральная совокупность распределена по закону А.

При использовании критерия Пирсона сравнивают эмпирические Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru (наблюдаемые) и теоретические Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru (вычисленные в предположении заданного распределения) частоты. В качестве статистического критерия проверки нулевой гипотезы примем случайную величину Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru :

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Чем меньше различаются эмпирические и теоретические частоты, тем меньше величина критерия Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , и, следовательно, он в известной степени характеризует близость эмпирического и теоретического распределений.

Доказано, что при Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru закон распределения случайной величины Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru независимо от того, какому закону распределения подчинена генеральная совокупность, стремится к закону распределения Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru с Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru степенями свободы ( Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - число частичных интервалов выборки; Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - число параметров распределения, которые оцениваются по данным выборки). В частности, если предполагаемое распределение нормальное, то оценивают два параметра – математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение и Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

В критерии Пирсона используется правосторонняя критическая область Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и область принятия гипотезы Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Для того чтобы при заданном уровне значимости проверить нулевую гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности, надо сначала вычислить теоретические частоты, а затем наблюдаемое значение критерия:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

и по таблице критических точек распределения Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru по заданному уровню значимости Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и числу степеней свободы k = s — 3 найти критическую точку Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Если Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru —нет оснований отвергнуть нулевую гипотезу.

Если Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru —нулевую гипотезу отвергают.

Замечание 3. Объем выборки должен быть достаточно велик, во всяком случае, не менее 50 вариант. Каждая группа должна содержать не менее 5—8 вариант; малочисленные группы следует объединять в одну, суммируя частоты.

Пример 6. По данным задач 1-3 выдвинуть и проверить гипотезу о нормальном законе распределения генеральной совокупности по методу Пирсона. По выборочным данным установить закон распределения с. в. суточного водопотребления и построить его график.

По результатам статистического анализа (задачи 1-3) можно выдвинуть статистическую гипотезу о нормальном виде распределения с. в. суточного водопотребления. Эта гипотеза подтверждается следующими соображениями.

1. Вид гистограммы плотностей относительных частот и кумулятивной кривой (задача 1). Эти графики служат оценкой по данным выборки кривых плотности распределения вероятностей и интегральной функции распределения соответственно. Для гистограммы плотностей относительных частот характерно наличие одного экстремума, симметричная относительно прямой, параллельной оси ОY, колоколообразная форма с убыванием ординат кривой при удалении от начала СК. Все это характерно для кривой плотности нормального распределения. Для кумулятивной кривой характерно наличие точки перегиба посредине области изменения возможных значений с. в. Левее точки перегиба кумулятивная кривая выпукла, правее – вогнута, что характерно для интегральной кривой нормального распределения.

2. Выполнение приближенного равенства Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru (задача 2), которое выполняется точно для нормального распределения.

3. Величины асимметрии Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и эксцесса Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru (задача 2). Известно, что абсолютные величины асимметрии и эксцесса показывают степень близости эмпирического распределения к нормальному.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

4. По правилу 3-х сигм. Теоретически, для нормального распределения:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Данные выборки: в интервал Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru попадает Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru вариант;

в интервал Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru попадает Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru вариант; все варианты сосредоточены в интервале Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru .

Для проверки гипотезы, Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru признак генеральной совокупности распределен по нормальному закону, надо найти теоретические частоты. Составим расчетную таблицу.

Интервалы Частоты Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru -1.5401 -2.1567 -0.4382 -0.4886 0.0504
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru -0.9243 -1.5401 -0.3212 -0.4382 0.117
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru -0.3081 -0.9243 -0.1217 -0.3212 0.1995
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.3081 -0.3081 0.1217 -0.1217 0.2434
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 0.9243 0.3081 0.3212 0.1217 0.1995
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 1.5401 0.9243 0.4382 0.3212 0.117
Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru 2.1567 1.5401 0.4846 0.4382 0.0504
  - - - - -

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru с. в. объема суточного водопотребления распределена по нормальному закону.

Аналитический вид функции плотности распределения вероятностей с. в. суточного водопотребления дается формулой:

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Построим график теоретических вероятностей совместно с гистограммой плотностей относительных частот.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Лекция №5. Регрессионный анализ.

Уравнение регрессии. Коэффициент регрессии. Коэффициент корреляции и его свойства.

Две с. в. могут быть связаны либо функциональной зависимостью, либо зависимостью другого рода, называемой статистической, либо быть независимыми.

Оп. 1. Статистической называют зависимость, при которой изменение одной из величин влечет изменение распределения другой. Если при изменении одной из величин изменяется среднее значение другой, то этом случае статистическую зависимость называют корреляционной.

Пусть изучается система количественных признаков (X, Y). В результате Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru независимых опытов получены Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru пар чисел Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , причем значения признаков наблюдались по одному разу. Найдем по данным наблюдений выборочное уравнение прямой линии регрессии Y на X. Уравнение будем искать в виде Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru . Угловой коэффициент линии Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru называют выборочным коэффициентом регрессии Y на X.

Подберем параметры Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru так, чтобы точки Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , построенные по данным наблюдений, на плоскости ХОY лежали как можно ближе к искомой прямой. этого требования. Назовем отклонением разность Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru , где Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - вычислено по уравнению регрессии, а Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru - наблюдаемая ордината. Подберем параметры Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru и Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru так, чтобы сумма квадратов отклонений была минимальной.

Генеральная и выборочная совокупность. - student2.ru

Наши рекомендации