32独立性检验的基本思想及其初步应用.docx

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1、3.2独立性检验的根本思想及其初步应用共计3课时授课类型：新授课一、教学内容与教学对象分析通过典型案例，学习以下一些常用的统计方法，并能初步应用这些方法解决一些实际问题。 通过对典型案例如“患肺癌与吸烟有关吗等的探究。了解独立性检验只要求22列联表的根本思想、方法及初步应用。 通过对典型案例如“人的体重与身高的关系等的探究，了解回归的根本思想、 方法及其初步应用。二. 学习目标1、知识与技能通过本节知识的学习，了解独立性检验的根本思想和初步应用，能对两个分类变量是否有关做出明确的判断。明确对两个分类变量的独立性检验的根本思想具体步骤，会对具体问题作出独立性检验。2、过程与方法在本节知识的学习中

2、，应使学生从具体问题中认识进行独立性检验的作用及必要性，树立学好本节知识的信心，在此根底上学习三维柱形图和二维柱形图，并认识它们的根本作用和存在的缺乏，从而为学习下面作好铺垫，进而介绍K的平方的计算公式和K的平方的观测值R的求法，以及它们的实际意义。从中得出判断“X与Y有关系的一般步骤及利用独立性检验来考察两个分类变量是否有关系，并能较准确地给出这种判断的可靠程度的具体做法和可信程度的大小。最后介绍了独立性检验思想的综合运用。3、情感、态度与价值观三教学重点、难点教学重点：理解独立性检验的根本思想；独立性检验的步骤。教学难点；1、理解独立性检验的根本思想；2、了解随机变量K2的含义；3、独立性

3、检验的步骤。四、教学策略教学方法：诱思探究教学法 学习方法：自主探究、观察发现、合作交流、归纳总结。教学手段：多媒体辅助教学五、教学过程：对于性别变量，其取值为男和女两种这种变量的不同“值表示个体所属的不同类别，像这类变量称为分类变量在现实生活中，分类变量是大量存在的，例如是否吸烟，宗教信仰，国籍，等等在日常生活中，我们常常关心两个分类变量之间是否有关系例如，吸烟与患肺癌是否有关系性别对于是否喜欢数学课程有影响等等为调查吸烟是否对肺癌有影响，某肿瘤研究所随机地调查了9965人，得到如下结果单位：人表3-7 吸烟与肺癌列联表不患肺癌患肺癌总计不吸烟7775427817吸烟2099492148总计

4、9874919965那么吸烟是否对患肺癌有影响吗像表3一7 这样列出的两个分类变量的频数表，称为列联表由吸烟情况和患肺癌情况的列联表可以粗略估计出：在不吸烟者中，有0.54 患有肺癌；在吸烟者中，有2.28患有肺癌因此，直观上可以得到结论：吸烟者和不吸烟者患肺癌的可能性存在差异与表格相比，三维柱形图和二维条形图能更直观地反映出相关数据的总体状况图3. 2 一1 是列联表的三维柱形图，从中能清晰地看出各个频数的相对大小图3.2一2 是叠在一起的二维条形图，其中浅色条高表示不患肺癌的人数，深色条高表示患肺癌的人数从图中可以看出，吸烟者中患肺癌的比例高于不吸烟者中患肺癌的比例为了更清晰地表达这个特征

5、，我们还可用如下的等高条形图表示两种情况下患肺癌的比例如图3.2一3 所示，在等高条形图中，浅色的条高表示不患肺癌的百分比；深色的条高表示患肺癌的百分比通过分析数据和图形，我们得到的直观印象是“吸烟和患肺癌有关那么我们是否能够以一定的把握认为“吸烟与患肺癌有关呢为了答复上述问题，我们先假设H0：吸烟与患肺癌没有关系用A表示不吸烟， B表示不患肺癌，那么“吸烟与患肺癌没有关系独立，即假设 H0等价于PAB=P(A+P(B) . 把表3一7中的数字用字母代替，得到如下用字母表示的列联表：表3-8 吸烟与肺癌列联表不患肺癌患肺癌总计不吸烟aba+b吸烟cdc+d总计a+cb+da+b+c+d在表3一

6、8中，a恰好为事件AB发生的频数；a+b 和a+c恰好分别为事件A和B发生的频数由于频率近似于概率，所以在H0成立的条件下应该有,其中为样本容量， (a+b+c+d)(a+b)(a+c) , 即adbc.因此，|ad-bc|越小，说明吸烟与患肺癌之间关系越弱；|ad -bc|越大，说明吸烟与患肺癌之间关系越强为了使不同样本容量的数据有统一的评判标准，基于上面的分析，我们构造一个随机变量 (1)其中为样本容量假设 H0 成立，即“吸烟与患肺癌没有关系，那么 K “应该很小根据表3一7中的数据，利用公式1计算得到 K “的观测值为,这个值到底能告诉我们什么呢统计学家经过研究后发现，在 H0成立的情

7、况下，. (2) (2式说明，在H0成立的情况下，的观测值超过 6. 635 的概率非常小，近似为0 . 01，是一个小概率事件现在的观测值56.632 ，远远大于6. 635，所以有理由断定H0不成立，即认为“吸烟与患肺癌有关系但这种判断会犯错误，犯错误的概率不会超过0.01，即我们有99的把握认为“吸烟与患肺癌有关系 . 在上述过程中，实际上是借助于随机变量的观测值建立了一个判断H0是否成立的规那么：如果6. 635，就判断H0不成立，即认为吸烟与患肺癌有关系；否那么，就判断H0成立，即认为吸烟与患肺癌没有关系在该规那么下，把结论“H0 成立错判成“H0 不成立的概率不会超过, 即有99的

8、把握认为从不成立上面解决问题的想法类似于反证法要确认是否能以给定的可信程度认为“两个分类变量有关系，首先假设该结论不成立，即 H0:“两个分类变量没有关系成立在该假设下我们所构造的随机变量应该很小如果由观测数据计算得到的的观测值k很大，那么在一定可信程度上说明H0不成立，即在一定可信程度上认为“两个分类变量有关系；如果k的值很小，那么说明由样本观测数据没有发现反对H0 的充分证据怎样判断的观测值 k 是大还是小呢这仅需确定一个正数，当时就认为 的观测值k大此时相应于的判断规那么为：如果，就认为“两个分类变量之间有关系；否那么就认为“两个分类变量之间没有关系. 我们称这样的为一个判断规那么的临界

9、值按照上述规那么，把“两个分类变量之间没有关系错误地判断为“两个分类变量之间有关系的概率为. 在实际应用中，我们把解释为有的把握认为“两个分类变量之间有关系；把解释为不能以的把握认为“两个分类变量之间有关系，或者样本观测数据没有提供“两个分类变量之间有关系的充分证据上面这种利用随机变量来确定是否能以一定把握认为“两个分类变量有关系的方法，称为两个分类变量的独立性检验 利用上面结论，你能从列表的三维柱形图中看出两个变量是否相关吗 一般地，假设有两个分类变量X和Y，它们的可能取值分别为和, 其样本频数列联表称为22列联表为：表3一 9 22列联表总计总计假设要推断的论述为Hl:X与Y有关系，可以按

10、如下步骤判断结论Hl 成立的可能性： 1通过三维柱形图和二维条形图，可以粗略地判断两个分类变量是否有关系，但是这种判断无法精确地给出所得结论的可靠程度 在三维柱形图中，主对角线上两个柱形高度的乘积ad 与副对角线上的两个柱形高度的乘积bc相差越大，H1成立的可能性就越大 在二维条形图中，可以估计满足条件X=的个体中具有Y=的个体所占的比例，也可以估计满足条件X=的个体中具有Y=，的个体所占的比例.“两个比例的值相差越大，Hl 成立的可能性就越大 2可以利用独立性检验来考察两个分类变量是否有关系，并且能较精确地给出这种判断的可靠程度具体做法是： 根据实际问题需要的可信程度确定临界值； 利用公式

11、1 ) ，由观测数据计算得到随机变量的观测值; 如果，就以的把握认为“X与Y有关系；否那么就说样本观测数据没有提供“X与Y有关系的充分证据在实际应用中，要在获取样本数据之前通过下表确定临界值：表3一100.500.400.250.150.100.050.0250.0100.0050.0010.4550.7081.3232.0721.3232.7063.8415.0246.63510.828四、举例：例1在某医院，因为患心脏病而住院的 665 名男性病人中，有 214 人秃顶，而另外 772 名不是因为患心脏病而住院的男性病人中有 175 人秃顶 (1)利用图形判断秃顶与患心脏病是否有关系 (2

12、)能够以 99 的把握认为秃顶与患心脏病有关系吗为什么解：根据题目所给数据得到如以下联表：(1)相应的三维柱形图如图3.2一4所示比较来说，底面副对角线上两个柱体高度的乘积要大一些，可以在某种程度上认为“秃顶与患心脏病有关.(2)根据列联表3一11中的数据，得到16.3736 . 因此有 99 的把握认为“秃顶与患心脏病有关 .例2为考察高中生的性别与是否喜欢数学课程之间的关系,在某城市的某校高中生中随机抽取300名学生，得到如以下联表：表3一12 性别与喜欢数学课程列联表喜欢数学课程不喜欢数学课程总计男 37 85122女 35 143178总计 72 228300由表中数据计算得的观测值能

13、够以95的把握认为高中生的性别与是否喜欢数学课程之间有关系吗请详细说明得出结论的依据解：可以有约95以上的把握认为“性别与喜欢数学课之间有关系作出这种判断的依据是独立性检验的根本思想，具体过程如下：分别用a , b , c , d 表示样本中喜欢数学课的男生人数、不喜欢数学课的男生人数、喜欢数学课的女生人数、不喜欢数学课的女生人数如果性别与是否喜欢数学课有关系，那么男生中喜欢数学课的比例与女生中喜欢数学课的人数比例应该相差很多，即应很大将上式等号右边的式子乘以常数因子,然后平方得,其中因此越大，“性别与喜欢数学课之间有关系成立的可能性越大另一方面，在假设“性别与喜欢数学课之间没有关系的前提下，

14、事件A =3. 841的概率为P (3. 841)0.05,因此事件 A 是一个小概率事件而由样本数据计算得的观测值k=4.514，即小概率事件 A发生因此应该断定“性别与喜欢数学课之间有关系成立，并且这种判断结果出错的可能性约为5 %所以，约有95 的把握认为“性别与喜欢数学课之间有关系.补充例题1：打鼾不仅影响别人休息，而且可能与患某种疾病有关，下表是一次调查所得的数据，试问：每一晚都打鼾与患心脏病有关吗患心脏病未患心脏病合计每一晚都打鼾30224254不打鼾2413551379合计5415791633解：略。补充例题2： 对196个接受心脏搭桥手术的病人和196个接受血管清障手术的病人进行3年跟踪研究，调查他们是否又发作过心脏病，调查结果如下表所示：又发作过心脏病未发作过心脏病合计心脏搭桥手术39157196血管清障手术29167196合计68324392试根据上述数据比较两种手术对病人又发作心脏病的影响有没有差异。解略四 课堂小结1知识梳理2规律小结1三维柱形图与二维条形图2独立性检验的根本思想3独立性检验的一般方法五 作业：五 课后反思：本节内容对独立性检验的探讨过程学生根本没什么困难，还有学生提出了新的探讨路径和思想，学生思维活泼！对独立性检验的作用，本节课也作了系统总结比较。