Проверка статистических гипотез

Пусть Х – наблюдаемая СВ. Она может быть дискретной, а может и непрерывной.

Опр. Статистической гипотезой Н называется предположение относительно параметров или вида распределения СВ Х. Гипотеза Н называется простой, если она однозначно определяет распределение СВ Х, иначе Н называется сложной.

Если распределение СВ Х известно и по выборке наблюдений необходимо проверить предположение о значении параметров этого распределения, то такие гипотезы называются параметрическими. А гипотезы о виде распределения – непараметрические.

Проверяемая гипотеза называется нулевой гипотезой и обозначается Н0. Обязательно на ряду с Н0 рассматривают одну из альтернативных гипотез Н1.

При этом имеются различные ситуации для Н1.

Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru .

Выбор альтернативной гипотезы Н1 определяется конкретной формулировкой задачи.

Опр.Правило, по которому принимается решение принять или отклонить гипотезу Н0, называется критерием К. Так как решение принимается на основе выборки наблюдений СВ Х, то необходимо выбрать подходящую статистику, которую мы будем называть статистикой Z критерия К.Замечание.При проверке простой параметрической гипотезы Н0: q=q0 в качестве статистики критерия выбирают ту же статистику, что и для оценки параметра q, т.е. Проверка статистических гипотез - student2.ru .Основной принцип при проверке статистической гипотезы: Маловероятные события считаются невозможными, а события, имеющие большую вероятность, считаются достоверными. Реализация этого принципа на практике. Перед анализом выборки фиксируется некоторая малая вероятность a, называемая уровнем значимости. Пусть V множества значений статистики Z, VK – подмножество множества значений статистики Z (VK £ V). Это такое подмножество, что при условии истинности гипотезы Н0, имеем вероятность того, что P{ZÎVkïH0}=a. Обозначим через zв – выборочное значение статистики Z, которое вычитается по конкретной выборке. Критерии К формулируется следующим образом.

Отклонить гипотезу Н0, если zвÎVk. Отклонить гипотезу Н0, если zвÎV \ Vk. Уровень значимости a определяет размер критической области, а ее положение зависит от альтернативной гипотезы Н1.

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Z1–a–квантиль распределения Z при условии, что верна гипотеза Н0.

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Za– квантиль распределения Z при условии, что верна гипотеза Н0.

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверку параметрической гипотезы при помощи критерия значимости можно разбить на следующие этапы:1)сформулировать Н0 и Н1;2)назначить a;3)выбрать статистику Z для проверки Н0;4)определить выборочное распределение Z при условии, что верна Н0;5)определить VK (она зависит от Н1);6)получить выборку и вычислить zb ;7)принять статистическое решение: zвÎVk – отклонить Н0;

zвÎV \Vk – принять Н0. Статистическое решение может быть ошибочным. При этом различают ошибки I-го и II-го родов.Опр. Ошибкой первого рода называется ошибка, состоящая в том, что гипотеза Н0 отклоняется, когда Н0 – верна. Вероятность P{ZÎVkïH0}=a..ОпрОшибкой второго рода называется ошибка, состоящая в том, что принимается гипотеза Н0, но в действительности верна альтернативная гипотеза Н1. Вероятность ошибки второго рода при условии, что гипотеза Н1 – простая, P{ZÎV\VkïH1}=b.Проверка статистических гипотез и доверительных интервалов.Проверка гипотез с использованием критерия значимости может быть проведена на основе доверительных интервалов. При этом одностороннему критерию значимости будет соответствовать односторонний доверительный интервал, а двустороннему критерию значимости будет соответствовать, двусторонний доверительный интервал. Гипотеза Н0 – принимается, если значение q0 накрывается доверительным интервалом, иначе отклоняется.

2.Вероятностное пространство.Вероятность,ее свойства.Теорема сложения.Тройка (W, A, P), где W – это пространство элементарных событий;A – s-алгебра подмножеств W, называемых событиями;P – числовая функция, определенная на событиях и называемая вероятностью.P называется вероятностным пространством, если выполнены следующие аксиомы:1)P(A) ³ 0,"AÎA.2)P(W) = 1 (нормированность P).3)P(A+B)=P(A) + P(B), если A×B=Æ (аддитивность).4)Для любой убывающей последовательности A1É A2 É…É AnÉ…событий из A такой, что Проверка статистических гипотез - student2.ru , Имеет место равенство Проверка статистических гипотез - student2.ru (непрерывность P).Замечания: Аксиомы 3, 4 можно заменить одной аксиомой s-адди-тивности: 3*. Если события An в последовательности A1, A2, …попарно несовместны, то Проверка статистических гипотез - student2.ru Из этих аксиом вытекают Свойства вероятностей: 1)Если A Í B, то вероятность P(B–A) = P(B) – P(A). Проверка статистических гипотез - student2.ru Доказательство: Разобьем событие B в сумму несовместных событий B=A+(B-A), A×(B-A)=Æ, P(B) = P(A+(B-A))=P(A)+P(B-A) (по аксиоме 3) P(B-A)=P(B) - P(A) ¢ . 2)Если A Í B, то P(A) £ P(B)Доказательство: Доказательство следует из 1 свойства и аксиомы 1. P(A) + P(B-A) = P(B) P(B-A) ³ 0, следовательно P(A) £ P(B) ¢. 3)"A Î A Þ 0 £ P(A) £ 1 Доказательство: A Í W Þ P(A) £ P(W), P(W) = 1(по аксиоме 2) P(A) ³ 0, "A Î A(по аксиоме 1) ¢. 4)P(Ā) = 1 - P(A) Доказательство: A+ Ā = W, A× Ā = Æ Тогда по аксиоме 3 и аксиоме 2 получаем P(A+ Ā) = P(W), P(A) + P(Ā) = P(W), P(A) +P(Ā) = 1 Þ P(Ā) = 1 - P(A) ¢. 5) P(Æ) = 0Доказательство:Æ + W = W Тогда по аксиоме 3 и 2 получаем, P(Æ) + P(W) = P(W) Þ P(Æ) + 1 = 1, P(Æ) = 0 ¢. 6)Теорема сложения "A, B Î A : P(A+B) = P(A) + P(B) – P(AB) Доказательство: Проверка статистических гипотез - student2.ru A + B = A + (B - AB), A×(B - AB) = Æ P(A+B) = P(A) + P(B - AB), но AB Í B следовательно по первому свойству (вероятность от разности равна разности вероятностей). P(A+B) = P(A) + P(B) – P(AB) ¢. 4.Основные правила комбиноторики:«правило суммы» и «правило произведения» Комбинаторика – это наука о том, сколько различных комбинаций удовлетворяющих условиям можно составить на элементах конечного множества. Комбинаторные схемы: Правило суммы: X – конечное множество çXç=n – количество элементов. Объект x из X может быть выбран n-способами. Пусть X1,…,Xk попарно непересекающиеся множества, то есть XiÇXj=Æ, i¹j тогда очевидно выполняется равенство. Проверка статистических гипотез - student2.ru – правило суммы Правило произведения:Если объект x может быть выбран m-способами и после каждого из таких выборов объект y может быть выбран n-способами. Тогда выбор упорядоченной пары (x,y) может быть осуществлен – m×n способами. Доказательство: Воспользуемся правилом суммы. {a1,…,am}– множество элементов, из которых выбирается объект x."i=1,..,m,рассмотрим множество Xi={(ai ,y)}, тогда первая компонента совпадает с ai. Множества Xi попарно не пересекаются. çXiç=n. Множество пар Xi-это объед. Проверка статистических гипотез - student2.ru В общем случае правило произведения формируется следующим образом: Если объект x1 может быть выбран n1 – способами, после чего объект x2 может быть выбран n2 способами и "i, где i=1,..,m-1 (2£ i £m-1) после выбора объектов x1,…,xi объект xi+1 может быть выбран ni+1-способами, то выбор упорядоченной последовательности x1,…,xm может быть осуществлен n1,…,nm способами. Доказательство проводится методом математической индукции.     10.Формулы Байеса Теорема.Если A1,…,An – разбиение W и все Проверка статистических гипотез - student2.ru , тогда имеет место следующая формула: Проверка статистических гипотез - student2.ru Доказательство: По теореме умножения: Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Формулы Байеса можно интерпретировать следующим образом: назовём Ai – гипотезой, а B – результат некоторого эксперимента, a P(Ai) – априорные вероятности, а условные вероятности Проверка статистических гипотез - student2.ru –апостериорные вероятности (послеопытные вероятности).Формулы Байеса позволяют по априорным и условным вероятностям вычислить апостериорные вероятности гипотез. Пример:Детали, изготовленные цехом завода, попадают к одному из двух контролёров для проверки на стандартность. Вероятность того, что деталь попадёт к первому контролёру – 0,6; ко второму контролёру, соответственно, – 0,4. Вероятность того, что годная деталь будет признана стандартной, для первого контролёра – 0,9; для второго – 0,98. Годная деталь была признана стандартной. Найти вероятность того, что её проверил первый контролёр. Решение. A1={деталь проверил первый} A2={деталь проверил второй} A1A2=Æ, A1+A2=W B={годная деталь признана стандартной} Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru 11. Независимость событий Если события A иB таковы, что P(B)>0Þ$ P(A½B) Определение. Событие A не зависит от события B, если P(A½B) = P(A) Если потребовать условия P(A)>0, то Проверка статистических гипотез - student2.ru Понятие того, что одно событие зависит от другого, симметрично. ЗамечаниеИз теоремы умножения: P(AB)=P(B)× P(A½B) P(AB)=P(B)× P(A) Это приводит к определению. ОпределениеСобытия A иB называются независимыми, если вероятность произведения событий равна произведению вероятностей событий (P(AB)=P(A)×P(B)). Если событие A не зависит от события B, то они являются просто независимыми. Если P(AB)=P(A)×P(B) не выполняется, то события являются зависимыми. P(AB)=P(A)×P(B)–теоретико-вероятностная (статистическая) независимость; её следует отличать от причинной независимости реальных явлений. Причинная независимость реальных явлений не устанавливается с помощью этого равенства, а постулируется на основе других внешних соображений. Определение (Независимость событий в совокупности) События A1,…,An называются независимыми, если " индексов 1£i1< i2<…< im£n, где 2£m£n, то выполняется: Проверка статистических гипотез - student2.ru В противном случае — события зависимы. Замечание.Из определения независимости событий в совокупности следует, что события любого подмножества Проверка статистических гипотез - student2.ru множества A1,…,An будут независимы в совокупности. Пример. Имеются 4 числа: 2, 3, 5, 30. Наудачу выбирается одно число. Вероятность этого события – 0,25. Ak={выбранное число делится на k}. Решение.P(A2)=1/2; P(A3)=1/2 ; P(A5)=1/2; P(A30)=1/2 P(A2A3)=1/4;P(A2A5)=1/4;P(A3A5)=1/4;P(A2A3A5)=1/4 P(A2A3)=P(A2)P(A3) P(A2A5)=P(A2)P(A5) - попарно независимы P(A3A5)=P(A3)P(A5) P(A2)P(A3) P(A5)=0.5*0.5*0.5=1/8 P(A2A3 A5)=1/4 (в совокупности зависимы). Совокупная независимость более сильное свойство, нежели попарная независимость. Теорема.Если события A1,…,An являются независимыми, индексы i1,…,in , j1,…,jk – все различны, вероятность Проверка статистических гипотез - student2.ru , тогда: Проверка статистических гипотез - student2.ru   14. Непрерывная СВ. Плотность распределения. Опр.Функция Проверка статистических гипотез - student2.ru есть плотность распределения СВ X, если Проверка статистических гипотез - student2.ru (***) Из определения (***) следуют свойства плотности распределения. Свойства 1. Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечание. Для СВ X имеющей функции. Плотности из свойства 1 и теоремы из курса математического анализа (о непрерывности интеграла с переменным верхним пределом) Þ что Проверка статистических гипотез - student2.ru непрерывна.   2. Проверка статистических гипотез - student2.ru в точках непрерывности Проверка статистических гипотез - student2.ru . 3. Проверка статистических гипотез - student2.ru . 4. Проверка статистических гипотез - student2.ru , т.к. Проверка статистических гипотез - student2.ru неубывающая функция, то Проверка статистических гипотез - student2.ru . 5. Условия нормировки: Проверка статистических гипотез - student2.ru . Опр. СВ X называется СВНТ, если ее распределение имеет функцию плотности Проверка статистических гипотез - student2.ru . Через плотность Проверка статистических гипотез - student2.ru можно выразить любую вероятность Проверка статистических гипотез - student2.ru 17.Мода, медиана и квантили МО не единственная характеристика положения, применяемая в теории вероятностей. Опр. Модой СВДТ Х называется такое возможное значение xm, для которого Проверка статистических гипотез - student2.ru =xm. Модой СВНТ Х называется действительное число dX, являющееся точкой максимума функции плотности вероятностей (fX (x)) Пример. X 0 1 2 3 4 P 0,05 0,3 0,25 0,2 0,2 dX=1 Замечание. Мода может не существовать, иметь единственное значение, такие распределения называются унимодальное, или иметь множества значений – полимодальное распределение. Наличие более чем одной моды, часто указывает на разнородность статистического материала, который положен в основу исследований. Опр.Медианой СВ Х называется действительное число hX, удовлетворяющее условию: Проверка статистических гипотез - student2.ru , то есть это корень уравнения FX (x)=1/2. Эта характеристика применяется, как правило, только для СВНТ и геометрически медиана, это абсцисса той точки на оси ОХ, для которой площади под графиком fX(x)лежащие слева и справа от нее одинаковы и равны 1/2 Замечание. В случае симметричного распределения (имеющего моду) три характеристики: 1) МО ; 2) мода; 3) медиана совпадают. Замечание. Уравнение Fx(x)=1/2 может иметь множество корней, поэтому медиана может определяться неоднозначно. Опр. Квантильлью порядка р распределения СВНТ Х называется действительное число tp, удовлетворяющее уравнению P{X<tp}=p Замечание. Медиана hx=t0,5 – квантиль порядка 0,5. 22.Локальная предельная теорема Муавра-Лапласа. Биномиальное распределение имеет МО равное np Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Пусть p – не близко к 0 и 1. Теорема. Если в схеме независимых испытаний Проверка статистических гипотез - student2.ru , то для любого C>0 равномерно по всем Проверка статистических гипотез - student2.ru вида Проверка статистических гипотез - student2.ru , где m – неотрицательные целые числа Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечание. Проверка статистических гипотез - student2.ru Эти таблицы даются, только для x>0. 18.Целочисленные СВ и их производящие функции В ряде случаев при определении важнейших числовых характеристик дискретных СВ может помочь аппарат производящих функций. Опр. Дискретную СВ Х, принимающую только целые, неотрицательные значения называют целочисленной СВ. Закон распределения целочисленной СВ определяется Проверка статистических гипотез - student2.ru . Закон распределения целочисленной СВ удобно изучать с помощью производящей функции, которая определяется, как Проверка статистических гипотез - student2.ru . В соответствии с определением МО: Проверка статистических гипотез - student2.ru . Этот ряд сходится абсолютно при Проверка статистических гипотез - student2.ru . Поскольку Проверка статистических гипотез - student2.ru , то между законом распределения Проверка статистических гипотез - student2.ru и производящими функциями Проверка статистических гипотез - student2.ru устанавливается взаимноодноз-начное соответствие. Замечание Проверка статистических гипотез - student2.ru – вероятностная производящая функция. В математике рассматриваются произвольные производящие функции. a0, a1 ,a2... a0 +Sa1 +S2a2 +… – производящая функция, если она имеет не нулевой радиус сходимости. Замечание Проверка статистических гипотез - student2.ru Возьмем первую производную по S от производящей функции. Проверка статистических гипотез - student2.ru ,подставим значение S = 1. Проверка статистических гипотез - student2.ru .Возьмем вторую производную по S от производящей функции Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru . То есть можно выразить начальные моменты более высокого порядка, через начальные моменты более низкого порядка. 23 Интегральная предельная теорема Муавра-Лапласа Теорема. При Проверка статистических гипотез - student2.ru равномерно по Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечание. Проверка статистических гипотез - student2.ru – затабулирована. Ее значения приводятся только для 0£ x£3,5. Ф(–x)=1– Ф(x) Пример.Вероятность изделию некоторого производства оказаться бракованным равна 0,005 (p = 0,005).Чему равна вероятность, что из n = 10000 наудачу взятых изделий, бракованных окажется не более 70 (m = 70). Проверка статистических гипотез - student2.ru – ? Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru     24.Геометрическое распределение Опр.СВДТ Х имеет геометрическое распределение, если ее возможные значения 0, 1, 2, …, m, …, а вероятности этих значений Проверка статистических гипотез - student2.ru Комментарий Вероятности Pm для последовательных значений m образуют геометрическую прогрессию с первым членом p и знаменателем q.На практике геометрическое распределение появляется в следующих условиях. Пусть производится ряд независимых испытаний (опытов) с целью получения какого-то результата (“успеха”) А. При каждом опыте “успех” достигается с вероятностью p. СВ Х – это число безуспешных опытов до первой попытки, в которой появляется результат А. Ряд распределения имеет следующий вид. X 0 1 2 … m …. P p qp q2p ... qmp … Найдем числовые характеристики СВ Х распределенной по геометрическому закону. Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru ; mX=q/p Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru На практике чаще приходится рассматривать не СВ Х, имеющую геометрическое распределение, а Y=X+1 – это число попыток до первого успеха, включая удавшуюся.Ряд распределения Y 1 2 … m …. P p qp … qm–1p … –геометрическое распределение,сдвинутое на 1 (геометрическое плюс1). mY=M[X+1]=M[X]+1=q/p+1=1/p DY=D[X+1]=D[X]=q/p2 Проверка статистических гипотез - student2.ru 25. Равномерное распределение Опр. СВНТ Х называется распределенной равномерно на [a,b], если fX(x)=0 (при xÏ[a,b]) fX(x)=C (при xÎ[a,b]), X~R(a,b). Найдем константу С. Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru ; C=1/(b–a).   Проверка статистических гипотез - student2.ru Пример.Шкала измерительного прибора проградуированных в некоторых единицах. СВ Х – ошибка при округлении отсчета до ближайшего целого деления, то она будет иметь равномерное распределение на (-1/2 ; 1/2).Найдем mX, DX, sX – ? Решение. Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечание. Моды равномерное распределение не имеет, а медиана совпадает с МО. hX=mX =(a+b)/2. Найдем функцию распределения и построим ее график. FX(x)=P{X<x} Проверка статистических гипотез - student2.ru   1)Случай Проверка статистических гипотез - student2.ru . 2)Случай Проверка статистических гипотез - student2.ru 3)Случай Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru   29. Совместная функция распределения Пусть на одном и том же вероятностном пространстве (W,A,P) задано n СВ, Проверка статистических гипотез - student2.ru , совокупность Проверка статистических гипотез - student2.ru – называется многомерной (n-мерной) СВ или случайным вектором. Совместная функция распределения:Рассмотрим в одном и том же вероятностном пространстве (W,A,P) набор СВ Проверка статистических гипотез - student2.ru . Так как множество Проверка статистических гипотез - student2.ru , таких пересечения Проверка статистических гипотез - student2.ru , поэтому существует вероятность этого события, которая называется многомерной функцией распределения. Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечания:1.В дальнейшем ограничимся случаем двух случайных величин Проверка статистических гипотез - student2.ru . 2. Функция Проверка статистических гипотез - student2.ru – вероятность того, что случайная точка Проверка статистических гипотез - student2.ru попадает в бесконечный квадрант с вершиной в точке Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru С помощью F, можно вычислить вероятность попадания случайной точки в полуполосу или в прямоугольник. а) Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru б) Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru   в) Проверка статистических гипотез - student2.ru   Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Свойства. 1. Проверка статистических гипотез - student2.ru по каждому аргументу не убывает и непрерывна слева. 2. Проверка статистических гипотез - student2.ru . 3. Проверка статистических гипотез - student2.ru . 4. а) При Проверка статистических гипотез - student2.ru становится функцией распределения компоненты x. Проверка статистических гипотез - student2.ru . б) При Проверка статистических гипотез - student2.ru становится функцией распределения компоненты y. Проверка статистических гипотез - student2.ru .     34. Мультипликативные свойства математических ожиданий, аддитивное свойство дисперсии Теорема. Если СВ X и Y независимы, то M[XY]=M[X]*M[Y]. Доказательство: Ограничимся случаем двух дискретных СВ принимающих конечное множество значений, тогда Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru В силу аддитивности МО, Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Так как СВ независимы, то Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru g. Следствие: Если СВ Проверка статистических гипотез - student2.ru – независимы, то Проверка статистических гипотез - student2.ru (доказательство проводится методом математической индукции). Из мультипликативного СВ МО Þ аддитивное свойство дисперсии. Теорема. Если СВ X и Y независимы, то D[X+Y]=D[X]+D[Y]. Доказательство: D[X+Y]=M[((X+Y)–(mX – mY))2]= M[((X– mX)+( Y – mY))2]= M[(X– mX)2+ 2(X– mX)( Y – mY)+ (Y – mY)2]= DX+DY+2 M[(X– mX)(Y – mY)] Так как X и Y независимы, то X– mX и Y – mY независимыÞ D[X+Y]=DX+DY+2 M[(X– mX)(Y – mY)], где X– mX=MX – mX=0 и MY – mY=0 Þ D[X+Y]= DX+DY g.Следствие: Если СВ X1, X2 ,..,Xn – независимы, то Проверка статистических гипотез - student2.ru 37. Условное МО . Регрессия.Опр. Условным математическим ожиданием одной из СВ входящих в систему (X; Y) называется ее МО вычисленное при условии, что другая СВ приняла определенное значение. Замечание. То есть МО найденное на основе условного закона распределения. Если СВ Проверка статистических гипотез - student2.ru дискретные, то Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Если СВ X и Y непрерывные, то Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Опр M[YïX=x]=j(x) называется регрессией Y на x. M[XïY=y]=y(y) называется регрессией X на y. Графики этих зависимостей от x и от y называются линиями регрессии или кривыми регрессии. Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечание. Для независимых СВ линии регрессии Y на x и X на y параллельны координатным осям так как МО каждой из них не зависит от того, какое значение приняла другая. Линии регрессии могут быть параллельны координатным осям и для зависимых СВ, когда МО каждой из них зависит от того, какое значение приняла другая. Так как все моменты начальные и центральные любых порядков представляют собой МО, то можно говорить об условных моментах. Например об условных дисперсияхD[YïX=x], D[XïY=y],.   38.Двумерные нормальные распределения. Опр.Нормальным законом распределения на плоскости называется распределение вероятностей двумерной СВ (X, Y), если Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Итак,нормальный закон на плоскости определяется 5-ю параметрами: mX; mY; sY; sY; rXY . Убедимся в том, что если компоненты X и Y не коррелированны, то они тогда и не зависимы. rXY=0 Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечание: Для нормально распределенных компонент двумерной СВ понятие независимости и некоррелированности равносильны. Найдем условные законы распределения СВ X и Y воспользовавшись формулами. Проверка статистических гипотез - student2.ru   Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru . Как легко видеть, каждый из условных законов распределения является также нормальных с условным МО и условной дисперсией вычисляемым по формуле: Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Замечание. Из двух формул для условного МО видно, что для системы нормально распределенных X и Y, линии регрессии Y на x и X на y представляют собой прямые линии, то есть регрессия всегда линейна. В геометрической интерпретации график линейной формулы плотности представляет собой холмообразную поверхность. Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru .   Сечение поверхности Проверка статистических гипотез - student2.ru плоскостями параллельными плоскости XOY представляют собой эллипсы.   41.Распределение c2. (“хи-квадрат”). Пусть Zi ~N(0;1) , i=1,2…k, тогда Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru –называется СВ распределенной по закону c2 с k степенями свободны.   Проверка статистических гипотез - student2.ru   Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru , Проверка статистических гипотез - student2.ru . Распределение c2 определяется одним параметром числом степеней свободы. С увеличением степеней свободы распределение c2 медленно приближается к нормальному. На практике при k > 30 считают, что Проверка статистических гипотез - student2.ru , где Проверка статистических гипотез - student2.ru .Для СВ, имеющей c2 распределение существуют таблицы квантилей. 43. Распределение Фишера.Если U и V независимые СВ, распределенные по закону c2, Проверка статистических гипотез - student2.ru , Проверка статистических гипотез - student2.ru , тогда Проверка статистических гипотез - student2.ru имеет распределение, которое называется F–распределением или распределением Фишера со степенями свободы k1 и k2. ( Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru F–распределение определяется двумя параметрами k1 и k2 и существует таблица квантилей. Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru   44. Неравенства Чебышева. Следующие два неравенства называют неравенствами Чебышева. Сформулируем их в виде теорем. Теорема: "x>0 имеют место неравенства: Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru . Доказательство: Разложим ïXï в сумму двух слагаемых Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru , так как x > 0, получаем Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru g. Замечание. Очень часто второе неравенство Чебышева дают в такой форме Проверка статистических гипотез - student2.ru . Второе неравенство Чебышева показывает, что при малой дисперсии с вероятностью близкой к 1 СВ Х концентрируется около своего МО.   48.Статистическое описание и вычисление оценок параметров распределения системы двух СВ. Пусть исход некоторого эксперимента описывается двумя СВ (X; Y).Предварительное представление о зависимости между X и Y можно получить, нанося элементы двумерной выборки (xi , yi ) , i=1,..,n, в виде точек на плоскость с выбранной системой координат. Такое представление называется диаграммой рассеяния. Опр. Распределением двумерной выборки называется распределение двумерного дискретного СВ случайного вектора, принимающего значения (xi,, yi) с вероятностями 1/n. Выборочные числовые характеристики вычисляются как соответствующие числовые характеристики двумерного дискретного случайного вектора. Если объем выборки небольшой, то тогда вычисления проводятся в следующей последовательности: 1. Проверка статистических гипотез - student2.ru . Контроль Проверка статистических гипотез - student2.ru . 2. Суммы квадратов отклонений от среднего и произведения отклонений от среднего Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru   Проверка статистических гипотез - student2.ru . 3. Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru . 49. Линии регрессии Для СВ X и Y. Регрессией Y на X называется условное МО Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru используется для предсказания значения СВ Y по фиксированному значению СВ X. Если Проверка статистических гипотез - student2.ru , то говорят о линейной регрессии Y на X. Проверка статистических гипотез - student2.ru – прямая регрессии. Оценки параметров линейной регрессии по выборке (xi , yi ) , i=1,..,n можно получить, используя МНК из условия минимума суммы Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru –выборочные коэффициенты регрессии. Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru . Выборочная линейная регрессия Y на X. Аналогично рассматривается X на Y. Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru ; Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru Обе прямые регрессий пересекаются в точке с координатами Проверка статистических гипотез - student2.ru . Угол между этими двумя прямыми уменьшается при увеличении коэффициента корреляции. При Проверка статистических гипотез - student2.ru обе прямые совпадают. Замечание Прямые Проверка статистических гипотез - student2.ru и Проверка статистических гипотез - student2.ru должны быть различны. Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru     52. Интервальные оценки. Доверительный интервал. Доверительная вероятность. В ряде задач требуется не только найти для параметра Проверка статистических гипотез - student2.ru подходящую оценку Проверка статистических гипотез - student2.ru , но и указать к каким ошибкам может привести замена параметра Проверка статистических гипотез - student2.ru его оценкой Проверка статистических гипотез - student2.ru , т.е. требуется оценить точность и надежность оценки. Для определения точности оценки Проверка статистических гипотез - student2.ru в статистике пользуются доверительными интервалами. Для определения надежности оценки Проверка статистических гипотез - student2.ru в статистике пользуются доверительной вероятностью. Опр. Доверительным интервалом для параметра Проверка статистических гипотез - student2.ru называется интервал Проверка статистических гипотез - student2.ru , содержащий истинное значение параметра с заданной вероятностью Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru . Опр. Число Проверка статистических гипотез - student2.ru называется доверительной вероятностью, а значение a – уровнем значимости. Замечание. Нижняя Проверка статистических гипотез - student2.ru и верхняя Проверка статистических гипотез - student2.ru граница доверительного интервала определяется по результатам наблюдений и следовательно является СВ. Поэтому так и говорят, что доверительный интервал «накрывает» оцениваемый параметр с вероятностью Проверка статистических гипотез - student2.ru . Выбор доверительной вероятности каждый раз определяется конкретной постановкой задачи. Обычно р = 0,9; р = 0,95; р = 0,99. Часто применяют односторонние доверительные интервалы Проверка статистических гипотез - student2.ru (левосторонний), Проверка статистических гипотез - student2.ru (правосторонний). В простейших случаях метод построения доверительных интервалов состоит в следующем Проверка статистических гипотез - student2.ru –оценка Проверка статистических гипотез - student2.ru , Проверка статистических гипотез - student2.ru . Предположим, что существует непрерывная и монотонная функция Y, зависящая от Проверка статистических гипотез - student2.ru и Проверка статистических гипотез - student2.ru , но такая, что ее распределение не зависит от Проверка статистических гипотез - student2.ru и других параметров. Для нахождения границ доверительного интервала Проверка статистических гипотез - student2.ru по заданной доверительной вероятности Проверка статистических гипотез - student2.ru . В этом случае можно использовать неравенство Проверка статистических гипотез - student2.ru , где числа Проверка статистических гипотез - student2.ru , определяются из условия Проверка статистических гипотез - student2.ru Рассмотрим нахождение доверительного интервала для среднего и дисперсии нормально распределенной генеральной совокупности.   53. Доверительный интервал для оценки МО при известной дисперсии 1) Доверительный интервал для оценки МО при известной дисперсии нормально распределенной генеральной совокупности. Пусть Проверка статистических гипотез - student2.ru – выборочный вектор n–наблюдений СВ Х, где Проверка статистических гипотез - student2.ru . В качестве оценки для m возьмем Проверка статистических гипотез - student2.ru . Предположим, что Проверка статистических гипотез - student2.ru известна. Рассмотрим статистику Проверка статистических гипотез - student2.ru . Статистика Проверка статистических гипотез - student2.ru . По таблице нормального распределения найдем квантили Проверка статистических гипотез - student2.ru и Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru . Учитывая, что Проверка статистических гипотез - student2.ru получаем Проверка статистических гипотез - student2.ru .   57. Критерий Проверка статистических гипотез - student2.ru и его применение. Критерий Проверка статистических гипотез - student2.ru применяется в частности для проверки гипотез о виде распределения генеральной совокупности. Процедура применения критерия Проверка статистических гипотез - student2.ru для проверки гипотезы H0, утверждающей, что СВ Х имеет закон распределения Проверка статистических гипотез - student2.ru состоит из следующих этапов. Этапы: 1. По выборке найти оценки неизвестных параметров предполагаемого закона Проверка статистических гипотез - student2.ru . 2. Если Х–СВДТ – определить частоты Проверка статистических гипотез - student2.ru , i = 1, 2, …, r, с которым каждое значение встречается в выборке. Если Х–СВНТ – разбить множество значений на r – непересекающихся интервалов Проверка статистических гипотез - student2.ru и попавших в каждый из этих интервалов Проверка статистических гипотез - student2.ru . 3. Х–СВДТ вычислить Проверка статистических гипотез - student2.ru . Х–СВНТ вычислить Проверка статистических гипотез - student2.ru . Проверка статистических гипотез - student2.ru 4. Проверка статистических гипотез - student2.ru . 5. Принять статистическое решение. Проверка статистических гипотез - student2.ru – гипотеза Н0 – принимается. Проверка статистических гипотез - student2.ru – гипотеза Н0 – отклоняется. e – количество оцениваемых параметров. Малочисленные частоты надо будет объединять. Проверка гипотезы о равномерном распределении генеральной совокупности. n = 200 А;    
(xi-1, xi) ni  
2 – 4 a =0,05 Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru
4 – 6
6 – 8
8 – 10
10 – 12
12 – 14
14 – 16
16 – 18
18 – 20
20 – 22

1. Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверка статистических гипотез - student2.ru

2. Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru Проверка статистических гипотез - student2.ru
17,3 0,79
0,8

Проверка статистических гипотез - student2.ru

k = 10 – 2 – 1 = 7

Проверка статистических гипотез - student2.ru

Проверка статистических гипотез - student2.ru – нет основания отвергать гипотезу о том, что выборка взята из генеральной совокупности и имеет равномерное распределение.

Наши рекомендации