第九章假设检验课件.ppt
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1、第九章第九章-假设检验假设检验第九章假设检验第九章假设检验第一节假设检验的一般问题第一节假设检验的一般问题一、一、 什么是假设检验什么是假设检验 假设检验是对未知的总体分布函数形式或假设检验是对未知的总体分布函数形式或分布中未知的总体参数作出某种假设分布中未知的总体参数作出某种假设,然后然后抽取随机样本、构造适当的统计量抽取随机样本、构造适当的统计量,利用样利用样本提供的信息来验证这一假设是否可信的本提供的信息来验证这一假设是否可信的一种统计分析方法。一种统计分析方法。二、假设检验的基本思想二、假设检验的基本思想 假设检验的基本思想是假设检验的基本思想是:在某种原假设在某种原假设成立的条件下成
2、立的条件下,利用适应的统计量和给定的利用适应的统计量和给定的显著性水平显著性水平 ,构成一个小概率事件构成一个小概率事件,可以认为可以认为小概率事件在一次观察中基本不会发生小概率事件在一次观察中基本不会发生,如如果该事件竟然发生了果该事件竟然发生了,就认为原假设不成立就认为原假设不成立,从而拒绝原假设从而拒绝原假设,接受备择假设。可以看出接受备择假设。可以看出,无论假设的类型多么复杂无论假设的类型多么复杂,进行检验的基本进行检验的基本思想都是很简单的思想都是很简单的,是某种带有概率性质的是某种带有概率性质的反证法反证法.三、假设检验的步骤三、假设检验的步骤假设检验通常按以下五个步骤进行假设检验
3、通常按以下五个步骤进行:(1) 提出原假设和备择假设提出原假设和备择假设;(2) 构造适当的检验统计量构造适当的检验统计量;(3) 确定显著性水平确定显著性水平和对应的临界值和对应的临界值;(4) 计算检验统计量的值计算检验统计量的值;(5) 作出统计决策并加以解释。作出统计决策并加以解释。四、有关的几个基本概念四、有关的几个基本概念 为了进行假设检验为了进行假设检验,与之相联系的几个基本概念与之相联系的几个基本概念需要搞清楚。需要搞清楚。(一一)原假设和备择假设原假设和备择假设 原假设就是我们要检验的假设原假设就是我们要检验的假设,也称零假设也称零假设,一一般用般用H0表示。它常常是根据已有
4、的资料表示。它常常是根据已有的资料,经过周密经过周密考虑后确定的。考虑后确定的。 备择假设是与原假设相对立备择假设是与原假设相对立,在原假设被否定时在原假设被否定时所接受的假设所接受的假设,用用H1表示。表示。 当经过抽样调查当经过抽样调查,有充分根据否定原假设有充分根据否定原假设H0时时,就产生了需要接受其逻辑对立面的假设就产生了需要接受其逻辑对立面的假设,就是备择就是备择假设。显然对任一个假设检验问题假设。显然对任一个假设检验问题,其所有的可能其所有的可能结果都应包含在这两个假设的范围内。结果都应包含在这两个假设的范围内。 (二二)小概率原理与显著性水平小概率原理与显著性水平 小概率原理是
5、指发生概率很小的随机事件小概率原理是指发生概率很小的随机事件在一次试验中几乎不可能发生。在一次试验中几乎不可能发生。 大数法则告诉我们大数法则告诉我们,就大量观察而言就大量观察而言,事件的事件的发生仍是具有规律性的。这种规律性的数量发生仍是具有规律性的。这种规律性的数量表示称作为概率。表示称作为概率。 在大量观察中频频出现的事件具有较大的在大量观察中频频出现的事件具有较大的概率概率,出现次数较少的事件出现次数较少的事件,具有较小的概率。具有较小的概率。根据概率的大小根据概率的大小,人们对它的态度和处理方式人们对它的态度和处理方式是很不一样的。是很不一样的。 在日常生活中在日常生活中,人们习惯于
6、把概率很小的事人们习惯于把概率很小的事件件,当作在一次观察中是不可能出现的事件。当作在一次观察中是不可能出现的事件。这个原理称为小概率原理。假设检验中所依这个原理称为小概率原理。假设检验中所依据的小概率原理据的小概率原理,只是把小概率的标准只是把小概率的标准,定得更定得更为具体和数量化而已。为具体和数量化而已。 显著性水平是指根据小概率原理所规定的小概显著性水平是指根据小概率原理所规定的小概率事件的概率标准率事件的概率标准,即规定小概率的数量界限即规定小概率的数量界限,一一般用般用表示表示(01)。当某事件的概率。当某事件的概率p时时,就认就认为该事件是一个实际不可能事件。通常的标准有为该事件
7、是一个实际不可能事件。通常的标准有=0.01,=0.05,=0.10。在假设检验中。在假设检验中,我们建立我们建立一个零假设一个零假设,实际上是认为零假设代表的事件发生实际上是认为零假设代表的事件发生的概率很大的概率很大,而备择假设代表的对立事件发生的概而备择假设代表的对立事件发生的概率很小率很小,是个实际不可能事件。如果在一次试验中是个实际不可能事件。如果在一次试验中备择假设代表的小概率事件居然发生了备择假设代表的小概率事件居然发生了,我们就有我们就有理由怀疑零假设的正确性。理由怀疑零假设的正确性。 (三三)两类错误两类错误 由于我们拒绝或接受一个零假设的决由于我们拒绝或接受一个零假设的决策
8、是依据样本得出的策是依据样本得出的,因此检验的结果也因此检验的结果也存在着接受错误的假设和拒绝正确的假存在着接受错误的假设和拒绝正确的假设的可能性。假设检验的各种可能结果设的可能性。假设检验的各种可能结果见表见表9-1。P154 (四四)接受域、否定域及临界值接受域、否定域及临界值 当给了犯第一类错误的概率即显著性水平后当给了犯第一类错误的概率即显著性水平后,根据一个根据一个固定容量固定容量n的样本计算出的检验统计量的全部可能取值的的样本计算出的检验统计量的全部可能取值的集合集合,可以画出该统计量的分布。不妨设被确定的检验统可以画出该统计量的分布。不妨设被确定的检验统计量满足正态分布计量满足正
9、态分布(见图见图). 否定域是指在抽样分布中分属两端的能够否定原假设否定域是指在抽样分布中分属两端的能够否定原假设H0的小区域的小区域,否定域的大小由显著性水平否定域的大小由显著性水平决定。当检验统计决定。当检验统计量的值落在否定域量的值落在否定域,即否定即否定H0,接受接受H1;检验统计量落在接受检验统计量落在接受域域,接受接受H0,否定否定H1。 两个否定域中间的部分称为接受域。接受域的面积就两个否定域中间的部分称为接受域。接受域的面积就是接受是接受H0的概率的概率1-。 接受域与否定域的分界点称为临界值。接受域与否定域的分界点称为临界值。(五五)双侧检验和单侧检验双侧检验和单侧检验根据假
10、设的形式不同根据假设的形式不同,假设检验可分为双侧检验和单假设检验可分为双侧检验和单侧检验侧检验(这里以总体均值这里以总体均值的假设检验为例的假设检验为例)。1.双侧检验双侧检验其形式为其形式为: H0: =0 H1: 0 双侧检验的显著性水平平均分布在左右两侧双侧检验的显著性水平平均分布在左右两侧,否否定域分别在分布曲线的两端定域分别在分布曲线的两端(见图见图7-1)。对于双侧。对于双侧检验检验,有时将有时将H1略去不写略去不写,仅写仅写H0也可以。也可以。2.单侧检验单侧检验其形式有两种其形式有两种:(1) 左侧检验左侧检验,其形式为其形式为: H0: 0 H1: 0(2) 右侧检验右侧检
11、验,其形式为其形式为:H0: 0 H1: 30的大样本条件下的大样本条件下,一个一个总体均值的检验可选择总体均值的检验可选择z检验统计量。其计算公式为检验统计量。其计算公式为: 式中式中:为样本均值为样本均值;0为假设的总体均值为假设的总体均值;为总体标准为总体标准差差;n为样本容量。为样本容量。nxz/0 (二二)两个总体均值之差的显著性检验两个总体均值之差的显著性检验 从两个相互独立的被研究总体中从两个相互独立的被研究总体中,各随各随机抽取一个样本机抽取一个样本,如果这两个样本平均如果这两个样本平均数之间存在差异数之间存在差异,是否能说明它们的总是否能说明它们的总体平均数之间也存在着差异。
12、这需要体平均数之间也存在着差异。这需要用假设检验的方法进行研究。如果两用假设检验的方法进行研究。如果两个样本容量均超过个样本容量均超过30,可采用可采用z检验统检验统计量。计量。二、总体比率的显著性检验二、总体比率的显著性检验 (一一)一个总体比率的显著性检验一个总体比率的显著性检验 在前面曾谈到比率的概念在前面曾谈到比率的概念,比率实际上可以看作是一种特殊的均值。在大样本情比率实际上可以看作是一种特殊的均值。在大样本情况下况下(np5或或n(1-p)5)时时,样本比率样本比率p趋向正态分布趋向正态分布 pN(P,2p)其中其中:P为总体比率为总体比率;n为样本容量。为样本容量。标准化标准化
13、N(0,1)z统计量就是用于进行假设检验的检验统计量。统计量就是用于进行假设检验的检验统计量。有了统计量有了统计量z和显著性水平和显著性水平,就可以类比总体均值的讨论进行假设检验。就可以类比总体均值的讨论进行假设检验。(二二)两个总体比率之差的显著性检验两个总体比率之差的显著性检验nPPp)1 (2nppnPPp)1 ()1 (nppPpPpzp)1 ( 第三节第三节 t检验法检验法 t检验用于服从检验用于服从t分布的统计值检验正态总体平均分布的统计值检验正态总体平均值的方法值的方法,它是统计学中假设检验的另一方式。在经它是统计学中假设检验的另一方式。在经济社会统计中济社会统计中,t检验一般适
14、用于小样本情况检验一般适用于小样本情况,而且主要而且主要用于总体平均数的检验。用于总体平均数的检验。t分布和正态分布一样分布和正态分布一样,是对是对称分布称分布,并且他们的取值范围是从并且他们的取值范围是从-到到+。但。但t分布与分布与正态分布相比较正态分布相比较,一般峰度较偏平一般峰度较偏平,而且对于不同的样而且对于不同的样本容量都有相应的本容量都有相应的t分布分布,并且当样本容量并且当样本容量n逐渐增大逐渐增大时时,t分布便渐近于正态分布。如果样本容量大于分布便渐近于正态分布。如果样本容量大于30,就就可以用正态分布来取代可以用正态分布来取代t分布。图分布。图9-3是是t分布与标准分布与标
15、准正态分布的比较图。正态分布的比较图。图图9-3不同自由度不同自由度t分布和标准正态分布和标准正态分布比较示意图分布比较示意图t分布已编制成表分布已编制成表(见附表见附表2),只要知道显著性水平只要知道显著性水平和自由和自由度度,便可查出相应的临界值。所谓自由度便可查出相应的临界值。所谓自由度,是指独立的随机是指独立的随机变量的个数。这里可理解为抽样单位数减去变量的个数。这里可理解为抽样单位数减去1。 一、一、 一个总体均值的检验一个总体均值的检验在总体分布为正态分布时在总体分布为正态分布时,若若n30,则一个总体均则一个总体均值的检验应选择值的检验应选择t检验法。检验统计量的计算检验法。检验
16、统计量的计算公式为公式为:若总体标准差若总体标准差未知未知,可用样本标准差可用样本标准差s替代。替代。1/0nxt二、两个总体均值之差的检验二、两个总体均值之差的检验这里主要讨论总体满足正态分布的情况这里主要讨论总体满足正态分布的情况,当两个总体方差未当两个总体方差未知且相等知且相等,检验统计量的计算公式为检验统计量的计算公式为: 当总体标准差当总体标准差未知时未知时,可用样本标准差可用样本标准差s代替代替 当当1=2时时,检验统计量服从自由度为检验统计量服从自由度为(n1+n2-2)的的t分布分布 21212111)()(nnxxt2) 1() 1(212221nnsnsns 第四节正态总体
17、的假设检验第四节正态总体的假设检验 前面介绍的许多检验方法都建立在总体是前面介绍的许多检验方法都建立在总体是正态分布的前提下。看来正态分布的前提下。看来,根据随机变量的样根据随机变量的样本值本值,遵从正态分布是很重要的遵从正态分布是很重要的,同时也具有很同时也具有很大的实用价值。第三章曾经介绍了直方图的大的实用价值。第三章曾经介绍了直方图的绘制方法。一般来讲绘制方法。一般来讲,可以根据样本观察值画可以根据样本观察值画出直方图出直方图,从直方图可以粗略地看出随机变量从直方图可以粗略地看出随机变量是否服从正态分布。本节则介绍用拟合检验是否服从正态分布。本节则介绍用拟合检验法、法、JB检验法来检验总
18、体是否服从正态分布。检验法来检验总体是否服从正态分布。 一、一、 拟合检验法通过一个实例加以说明。拟合检验法通过一个实例加以说明。 二、二、JB检验法检验法 JB检验适合大样本检验总体是否服从正检验适合大样本检验总体是否服从正态分布。先计算样本的偏度和峰度再利用态分布。先计算样本的偏度和峰度再利用JB检验统计量进行检验。检验统计量进行检验。 在原假设总体服从正态分布的情况下在原假设总体服从正态分布的情况下,雅雅克和贝里证明了克和贝里证明了JB统计量统计量(在大样本在大样本)遵循遵循自由度为自由度为2的的2分布。在给定的显著性水平分布。在给定的显著性水平下下,查查2分布临界值分布临界值2 (2)
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