【概率论与数理统计】第六章:数理统计基础

2024-08-20 19:52

本文主要是介绍【概率论与数理统计】第六章:数理统计基础,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

  • 一. 随机样本
    • 1. 总体与个体
    • 2. 总体对应随机变量X
  • 二. 直方图和箱线图(ing)
    • 1. 直方图
    • 2. 箱线图
  • 三. 抽样分布
    • 1. 统计量
    • 2. 三大样本分布
      • 2.1. 卡方分布
      • 2.2. t分布
      • 2.3. F分布
    • 3. 正态总体的样本均值与样本方差的分布

  • 数理统计(Mathematics Statistics)以概率论为基础,根据试验或者观察得到的数据来研究随机现象,对随机现象的概率做出一些合理的估计和判断。
  • 数理统计的内容包括:如何收集、整理数据资料;如何对所得的数据资料进行分析、研究,从而对所研究的对象的性质、特点作出推断。
  • 数理统计,包括两个基本问题,即参数估计和假设检验

 

一. 随机样本

1. 总体与个体

在数理统计中,我们往往研究有关对象的某一项数量指标(例如研究某种型号灯泡的寿命这一数量指标)。 为此,考虑与这一数量指标相联系的随机试验,对这一数量指标进行试验或观察。

我们将试验的全部可能的观察值称为总体,每一个可能观察值称为个体。总体中所包含的个体的个数称为总体的容量. 容量为有限的称为有限总体,容量为无限的称为无限总体。

 

2. 总体对应随机变量X

总体对应随机变量

  • 总体中的每一个个体是随机试验的一个观察值,因此它是某一随机变量X的值 ,这样, 一个总体对应于一个随机变量X
  • 我们对总体的研究就是对一个随机变量X的研究,X的分布函数和数字特征就称为总体的分布函数和数字特征
  • 之后不区分总体与相应的随机变量,统称为总体X。

 

样本的定义

设X是具有分布函数F的随机变量,若 X 1 X_1 X1 X 2 X_2 X2,…, X n X_n Xn 相互独立,且 X 1 X_1 X1 X 2 X_2 X2,…, X n X_n Xn 服从同一分布函数F、相互独立的随机变量,则称 X 1 X_1 X1 X 2 X_2 X2,…, X n X_n Xn 为服从分布函数F,容量为n的简单随机样本,简称样本,他们的观察值 x 1 x_1 x1 x 2 x_2 x2,…, x n x_n xn 称为样本值,又称为X的n个独立的观察值。

 
分布函数与概率密度

在这里插入图片描述

 

二. 直方图和箱线图(ing)

1. 直方图

2. 箱线图

 

三. 抽样分布

1. 统计量

样本是进行统计推断的依据. 在应用时,往往不是直接使用样本本身,而是 针对不同的问题构造样本的适当函数,利用这些样本的函数进行统计推断。
 
统计量与抽样分布
X 1 X_1 X1 X 2 X_2 X2,…, X n X_n Xn 是总体的一个简单随机样本, T( X 1 X_1 X1 X 2 X_2 X2,…, X n X_n Xn )是n元连续函数,且T中不包含任何关于总体的未知参数,则称 T( X 1 X_1 X1 X 2 X_2 X2,…, X n X_n Xn )是一个统计量,称统计量的分布为抽样分布。

 

下面列出几个常用的统计量。

统计量种类公式
样本均值在这里插入图片描述
样本方差在这里插入图片描述
样本标准差在这里插入图片描述
样本K阶(原点)矩在这里插入图片描述
样本K阶中心矩在这里插入图片描述

 

2. 三大样本分布

抽样分布的概念

统计量是样本的函数,它是一个随机变量。统计量的分布称为抽样分布,在使用统计量进行统计推断时常需知道它的分布。当总体的分布函数已知时,抽样分布是确定的,然而要求统计量的精确分布比较困难。下面介绍几个常用的统计量分布。

2.1. 卡方分布

卡方分布的概念与概率密度函数

在这里插入图片描述

当自由度n等于1或2时,函数图像都呈单调递减的趋势;当n大于或等于3时,呈先增后减的趋势。从定义上来看,n的值只能取正整数。

 

卡方分布的性质

在这里插入图片描述

 
根据上分位表计算上分位数

在这里插入图片描述

 

2.2. t分布

定义:

在这里插入图片描述

从图中可以看到,

  1. 当自由度趋近于无穷大时, 分布与标准正态分布没有差别(公式上的形式将变得完全相同)。
  2. 当自由度较小时, 分布比标准正态分布的尾部(Fatter Tails)更宽,因此也比正态分布更慢地趋近于0。

 
t分布的上分位数

在这里插入图片描述

 

2.3. F分布

在这里插入图片描述

F分布有两个参数:n1和n2,分别代表分子上的第一自由度和分母上的第二自由度。

 
F分布的上分位数求不常见的分位数

在这里插入图片描述

 

3. 正态总体的样本均值与样本方差的分布

在这里插入图片描述

 

样本均值也满足正态分布

在这里插入图片描述

 

正态分布转其他分布

在这里插入图片描述

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