概率论与数理统计第九章课件.ppt
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1、关于概率论与数理统计第九章1第1页,此课件共155页哦2n方差分析方差分析(Analysis of variance,简称简称:ANOVA),是由英国统计学家费歇尔是由英国统计学家费歇尔(Fisher)在在20世纪世纪20年代提出的年代提出的,可用于推断两个或两可用于推断两个或两个以上总体均值是否有差异的显著性检验个以上总体均值是否有差异的显著性检验.第2页,此课件共155页哦31单因素方差分析单因素方差分析例:为了比较三种不同类型日光灯管的寿命例:为了比较三种不同类型日光灯管的寿命(小小时时),现将从每种类型日光灯管中抽取现将从每种类型日光灯管中抽取 8个个,总共总共 24 个日光灯管进行老
2、化试验个日光灯管进行老化试验,根据下面经老化试根据下面经老化试验后测算得出的各个日光灯管的寿命验后测算得出的各个日光灯管的寿命(小时小时),试试判断三种不同类型日光灯管的寿命是不是有存在差判断三种不同类型日光灯管的寿命是不是有存在差异异.第3页,此课件共155页哦4日光灯管的寿命日光灯管的寿命(小小时时)类型寿命(小时)类型I52906210574050005930612060805310类型II58405500598062506470599054705840类型.III71306660634064707580656072906730引起日光灯管寿命不同的原因有二个方面引起日光灯管寿命不同的原
3、因有二个方面:n其一其一,由于日光灯类型不同由于日光灯类型不同,而引起寿命不同而引起寿命不同.n其二其二,同一种类型日光灯管同一种类型日光灯管,由于其它随机因素的由于其它随机因素的影响影响,也使其寿命不同也使其寿命不同.第4页,此课件共155页哦5n在方差分析中在方差分析中,通常把研究对象的特征值通常把研究对象的特征值,即所即所考察的试验结果考察的试验结果(例如日光灯管的寿命例如日光灯管的寿命)称为称为 试验指标试验指标.n对试验指标产生影响的原因称为对试验指标产生影响的原因称为 因素因素,“日光日光灯管类型灯管类型”即为即为因素因素.n因素中各个不同状态称为因素中各个不同状态称为 水平水平,
4、如日光灯管三如日光灯管三个不同的类型个不同的类型,即为三个即为三个水平水平.第5页,此课件共155页哦6n单因素方差分析单因素方差分析 仅考虑有一个因素仅考虑有一个因素A对试验指对试验指标的影响标的影响.假如因素假如因素 A有有r 个水平个水平,分别在第分别在第 i 水平下进行了水平下进行了 多次独立观测多次独立观测,所得到的试验指所得到的试验指标的数据标的数据 第6页,此课件共155页哦7每个总体相互独立每个总体相互独立.因此因此,可写成如下的可写成如下的 数学模型数学模型:第7页,此课件共155页哦8n 方差分析的目的就是要比较因素方差分析的目的就是要比较因素A 的的r 个水平下试验指标理
5、论均值的差个水平下试验指标理论均值的差异异,问题可归结为比较这问题可归结为比较这r个总体的均个总体的均值差异值差异.第8页,此课件共155页哦9检验假设检验假设第9页,此课件共155页哦10假设等价于假设等价于第10页,此课件共155页哦11n为给出上面的检验,主要采用的方法是平方和为给出上面的检验,主要采用的方法是平方和分解。即分解。即n假设数据总的差异用总离差平方和假设数据总的差异用总离差平方和 分解为分解为二个部分二个部分:一部分是由于因素一部分是由于因素 A引起的差异引起的差异,即即效应平方和效应平方和 ;另一部分则由随机误差所引另一部分则由随机误差所引起的差异,起的差异,即误差平方和
6、即误差平方和 。第11页,此课件共155页哦12第12页,此课件共155页哦13证明:第13页,此课件共155页哦14第14页,此课件共155页哦15第15页,此课件共155页哦16第16页,此课件共155页哦17第17页,此课件共155页哦18定理9.1.1第18页,此课件共155页哦19方差来源平方和自由度均方F比因素Ar-1误差n-r总和n-1单因素试验方差分析表单因素试验方差分析表第19页,此课件共155页哦20第20页,此课件共155页哦21例例1 设设有有5种种治治疗疗荨荨麻麻疹疹的的药药,要要比比较较它它们们的的疗疗效效。假假设设将将30个个病病人人分分成成5组组,每每组组6人人
7、,令令同同组组病病人人使使用用一一种种药药,并并记记录录病病人人从从使使用用药药物物开开始始到到痊痊愈愈所所需需时时间间,得得到到下下面面的的记录:记录:(=0.05)第21页,此课件共155页哦22药物类型治愈所需天数x15,8,7,7,10,824,6,6,3,5,636,4,4,5,4,347,4,6,6,3,559,3,5,7,7,6第22页,此课件共155页哦23这里药物是因子,共有这里药物是因子,共有5 5个水平,这是一个水平,这是一个单因素方差分析问题,要检验的假设是个单因素方差分析问题,要检验的假设是“所有药物的效果都没有差别所有药物的效果都没有差别”。第23页,此课件共155
8、页哦24第24页,此课件共155页哦25方差来源 平方和 自由度均方F比因素A36.46749.1173.90误差58.500252.334总和94.96729第25页,此课件共155页哦26未知参数的估计未知参数的估计第26页,此课件共155页哦27第27页,此课件共155页哦28第28页,此课件共155页哦29第29页,此课件共155页哦30在在Excel上实现方差分析上实现方差分析n先加载先加载数据分析数据分析 这个模块这个模块,方法如下方法如下:n在在excel工作表中点击主菜单中工作表中点击主菜单中“工具工具”点击下拉点击下拉式菜单中式菜单中“加载宏加载宏”就会出现一个就会出现一个“
9、加载宏加载宏”的框的框.n 在在“分析工具库分析工具库”前的框内打勾点击前的框内打勾点击“确定确定”.这时候这时候再点击下拉式菜单会新出现再点击下拉式菜单会新出现“数据分析数据分析”.然后就可以然后就可以进行统计分析了进行统计分析了.第30页,此课件共155页哦31以下面的例子来说明用以下面的例子来说明用Excel进行方差分进行方差分析的方法析的方法:n保险公司某一险种在四个不同地区一年保险公司某一险种在四个不同地区一年的索赔额情况记录如表所示的索赔额情况记录如表所示.试判断在四试判断在四个不同地区索赔额有无显著的差异个不同地区索赔额有无显著的差异?第31页,此课件共155页哦32保险索赔记录
10、地区索赔额(万元)A11.601.611.651.681.701.701.78A21.501.641.401.701.75A31.641.551.601.621.641.601.741.80A41.511.521.531.571.641.60第32页,此课件共155页哦33n在在Excel工作表中输入上面的数据点击主菜工作表中输入上面的数据点击主菜单中单中“工具工具”点击下拉式菜单中点击下拉式菜单中“数据分析数据分析”就会出现一个就会出现一个“数据分析数据分析”的框的框.n 点击菜单中点击菜单中“方差分析方差分析:单因素方差分析单因素方差分析”点点击击“确定确定”,出现出现“方差分析方差分析:
11、单因素方差分析单因素方差分析”框框.第33页,此课件共155页哦34n在在“输入区域输入区域”中标定你已经输入的数据的中标定你已经输入的数据的位置根据你输入数据分组情况位置根据你输入数据分组情况(是按行分或按是按行分或按列分列分)确定分组确定分组.n选定方差分析中选定方差分析中F检验的显著水平选定输出结检验的显著水平选定输出结果的位置点击果的位置点击“确定确定”.n 在你指定的区域中出现如下方差分析表在你指定的区域中出现如下方差分析表:第34页,此课件共155页哦35方差来源平方和 自由度均方F比P-valueF crit组间0.049230.01642.16590.1208 3.0491 组
12、内0.1666220.0076总计0.215825方差分析表方差分析表第35页,此课件共155页哦36根据根据Excel给出的方差分析表给出的方差分析表,假设假设H0的判别有二的判别有二种方法种方法:第36页,此课件共155页哦37第37页,此课件共155页哦38第38页,此课件共155页哦39方差分析的前提第39页,此课件共155页哦40n方差分析和其它统计推断一样方差分析和其它统计推断一样,样本的独立性样本的独立性对方差分析是非常重要的对方差分析是非常重要的,在实际应用中会经在实际应用中会经常遇到非随机样本的情况常遇到非随机样本的情况,n这时使用方差分析得出的结论不可靠这时使用方差分析得出
13、的结论不可靠.因此因此,在安在安排试验或采集数据的过程中排试验或采集数据的过程中,一定要注意样本的独一定要注意样本的独立性问题立性问题.第40页,此课件共155页哦41n在实际中在实际中,没有一个总体真正服从正态分布的没有一个总体真正服从正态分布的,而方差分析却依赖于正态性的假设而方差分析却依赖于正态性的假设.不过由经验不过由经验可知可知,方差分析方差分析F检验对正态性的假设并不是非常检验对正态性的假设并不是非常敏感敏感,n即即,实际所得到的数据实际所得到的数据,若没有异常值和偏性若没有异常值和偏性,或或者说者说,数据显示的分布比较对称的话数据显示的分布比较对称的话,即使样本容量即使样本容量比
14、较小比较小(如每个水平下的样本容量仅为如每个水平下的样本容量仅为5左右左右),方方差分析的结果仍是值得依赖的差分析的结果仍是值得依赖的.第41页,此课件共155页哦42n方差齐性对于方差分析是非常重要的方差齐性对于方差分析是非常重要的,因此在因此在方差分析之前往往要进行方差齐性的诊断方差分析之前往往要进行方差齐性的诊断,检验检验方差齐性假设通常采用方差齐性假设通常采用Barlett检验检验.n不过,也可采用如下的经验准则不过,也可采用如下的经验准则:当最大样本当最大样本标准差不超过最小样本标准差的两倍时标准差不超过最小样本标准差的两倍时,方差方差分析分析F检验结果近似正确检验结果近似正确.第4
15、2页,此课件共155页哦43例检验a,b两种药物的抗癌效果,要做动物试验。作法是:将患有某种癌的白鼠随机地分成三组。第一组:注射a物质,第二组:注射b物质,第三组:不做处理。经过一段时间观察后,得到寿命数据。在试验中,考虑白鼠的性别有可能对其寿命有显著的影响。将“性别”作为另一个因素“双因素试验双因素试验”。因素A:药物,三个水平;因素B:性别,二个水平;两个因素共有236种组合。2 双因素方差分析双因素方差分析第43页,此课件共155页哦44(一)无交互作用的双因素方差分析 因素B因素A第44页,此课件共155页哦45第45页,此课件共155页哦46分别检验假设第46页,此课件共155页哦4
16、7第47页,此课件共155页哦48第48页,此课件共155页哦49第49页,此课件共155页哦50第50页,此课件共155页哦51双因素无重复试验的方差分析表方差来源平方和自由度均方F比因素A因素B误差总和第51页,此课件共155页哦52例 假定对3个小麦品种和3块试验地块进行区组设计试验,得到如下的数据:表小麦品种区组试验数据小麦品种(A)试验地块(B)总和B1B2B3A1258279242779A2302314336952A3321318327966总和8819119052697第52页,此课件共155页哦53双因素无重复试验的方差分析表方差来源平方和自由度均方F比F值=0.05因素A72
17、32.666723616.3333 12.506.94因素B168.0000284.0000 0.296.94误差1157.33334289.3333总和8558.00008第53页,此课件共155页哦54在这个问题中我们所关心的是因素A的效应,由方差分析表知,原假设不成立,即认为小麦品种的产量之间有显著差异。在这里,品种3的单产最高,而品种1的产量最低,因此可以断定品种3明显地优于品种1。第54页,此课件共155页哦55(二)有交互作用的双因素方差分析 因素B因素A第55页,此课件共155页哦56第56页,此课件共155页哦57第57页,此课件共155页哦58分别检验假设:分别检验假设:第5
18、8页,此课件共155页哦59第59页,此课件共155页哦60第60页,此课件共155页哦61第61页,此课件共155页哦62第62页,此课件共155页哦63第63页,此课件共155页哦64双因素试验的方差分析表方差来源平方和自由度均方F比因素A因素B交互作用误差总和第64页,此课件共155页哦65例 为了比较3种松树在4个不同的地区的生长情况有无差别,在每个地区对每种松树随机地选取5株,测量它们的胸径,得到的数据列表如下。松树数据表松树种类地区1234123,15,26,13,2125,20,21,16,1821,17,16,24,2714,17,19,20,24228,22,25,19,26
19、30,26,26,20,2819,24,19,25,2917,21,18,26,23318,10,12,22,1315,21,22,14,1223,25,19,13,2218,12,23,22,19第65页,此课件共155页哦66输出各单元总和及因素水平总和:松树数据的总和表单元总和B1B2B3B4水平总和A19810010594397A2120130116105471A3758410294355水平总和2933143232931223第66页,此课件共155页哦67方差来源平方和自由度均方F比F值=0.05因素A344.93332172.46679.453.19因素B46.0500315.3
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- 概率论 数理统计 第九 课件
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