最新应用抽样技术第二版第三章简单随机抽样PPT课件.ppt
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1、应用抽样技术第二版第三章简单应用抽样技术第二版第三章简单随机抽样随机抽样本章要点本章要点 简单随机抽样是抽样中最基本、最成熟、也简单随机抽样是抽样中最基本、最成熟、也是最简单的抽样设计方式,是所有概率抽样方法是最简单的抽样设计方式,是所有概率抽样方法发展、比较的基础。发展、比较的基础。要求通过学习熟练掌握简单随机抽样的抽要求通过学习熟练掌握简单随机抽样的抽样方式和样本抽选方法;样方式和样本抽选方法;熟知总体均值、总体总值和总体比例的简熟知总体均值、总体总值和总体比例的简单估计;单估计;掌握样本量的确定;了解子总体的估计。掌握样本量的确定;了解子总体的估计。2(三三)不放回与放回简单随机抽样的比
2、较不放回与放回简单随机抽样的比较 1、每次抽取样本单位面对的总体结构不同。这是二者、每次抽取样本单位面对的总体结构不同。这是二者的主要不同之处。这一点使得前者的数学处理相对的主要不同之处。这一点使得前者的数学处理相对简单。简单。2、样本提供的信息量不同。显然,在样本量一定的条、样本提供的信息量不同。显然,在样本量一定的条件下,由于后者提供的信息量大于前者,其抽样效件下,由于后者提供的信息量大于前者,其抽样效率更高。率更高。在实践中,一般多采用不考虑顺序的不放回简单在实践中,一般多采用不考虑顺序的不放回简单随机抽样,所以以下讨论如无特别说明,都指这一随机抽样,所以以下讨论如无特别说明,都指这一类
3、简单随机抽样。类简单随机抽样。9二、简单随机样本的抽选方法二、简单随机样本的抽选方法 简单随机样本的抽选,首先要将总体简单随机样本的抽选,首先要将总体 个单位从个单位从1到到 编号,每个单位对应一个号;编号,每个单位对应一个号;然后从所编的号中抽号,如果抽到某个号,然后从所编的号中抽号,如果抽到某个号,则对应的那个单位入样,直到抽够则对应的那个单位入样,直到抽够 个单位个单位为止。为止。(一)抽签法(一)抽签法(二)随机数法(二)随机数法 10(一)抽签法(一)抽签法 当总体不大时,可分别采用两种方法抽当总体不大时,可分别采用两种方法抽取。一种是全样本抽选法,另一种是逐个抽取。一种是全样本抽选
4、法,另一种是逐个抽选法,按这两种方法抽到的选法,按这两种方法抽到的 个单位的样本个单位的样本是等价的,每个被抽到的样本的概率都等于是等价的,每个被抽到的样本的概率都等于 。11(二)随机数法(二)随机数法 当总体较大时,抽签法实施起来比较困难,当总体较大时,抽签法实施起来比较困难,这时可以利用随机数表、随机数骰子、摇奖这时可以利用随机数表、随机数骰子、摇奖机、计算机产生的伪随机数进行抽样。机、计算机产生的伪随机数进行抽样。1、利用随机数表进行抽选。、利用随机数表进行抽选。随机数表是一张由随机数表是一张由0,1,2,9这十这十个数字组成的,一般常用的是五位数的随机个数字组成的,一般常用的是五位数
5、的随机数字表,数字表,10个数字在表中出现的顺序是随机个数字在表中出现的顺序是随机的,每个数字都有同样的机会被抽中。的,每个数字都有同样的机会被抽中。12 用随机数表抽选简单随机样本时,一般可用随机数表抽选简单随机样本时,一般可根据总体大小根据总体大小 的位数决定在随机数表中随的位数决定在随机数表中随机抽取几列,比如机抽取几列,比如 =768,要从中抽取要从中抽取 =10的简单随机样本,则在随机数表中随机抽取的简单随机样本,则在随机数表中随机抽取相邻的相邻的3列,顺序往下(或往上),选出前列,顺序往下(或往上),选出前10个个001到到768之间的互不相同的数,如果这之间的互不相同的数,如果这
6、3列列随机数字不够,可另选其他随机数字不够,可另选其他3列继续,直到抽列继续,直到抽够个够个 单位为止。单位为止。13 用此种方法,当用此种方法,当 的最高位数较小,比如的最高位数较小,比如小于小于5,且不小,且不小 时,由于读到的随机数被舍时,由于读到的随机数被舍弃不用的比例较大,抽选效率较差。此时采弃不用的比例较大,抽选效率较差。此时采用下面的方法。在随机数表中随机抽取用下面的方法。在随机数表中随机抽取3列,列,顺序往下,如果得到的随机数大于顺序往下,如果得到的随机数大于247,小于,小于989(因为(因为247的的4倍为倍为988,因此,因此000及及989到到999的数字应舍弃),则用
7、这个数除以的数字应舍弃),则用这个数除以247,得到的余数入样,显然这种方法效率要高得得到的余数入样,显然这种方法效率要高得多。随机数表的起始页和起始点都应用随机多。随机数表的起始页和起始点都应用随机数产生。数产生。143、利用摇奖机进行抽选。、利用摇奖机进行抽选。4、利用计算机产生的伪随机数进行抽选。通常、利用计算机产生的伪随机数进行抽选。通常产生的伪随机数有循环周期。因此在有条件产生的伪随机数有循环周期。因此在有条件的情况下,一般不建议使用此种方法。的情况下,一般不建议使用此种方法。2、利用随机数骰子进行抽选。、利用随机数骰子进行抽选。15(一)简单随机抽样在抽样理论中的地位(一)简单随机
8、抽样在抽样理论中的地位它是抽样中最容易掌握的技术、也是发展它是抽样中最容易掌握的技术、也是发展最成熟的技术,建立了最完备的理论。简单最成熟的技术,建立了最完备的理论。简单随机抽样也是比较其他抽样设计方法优劣的随机抽样也是比较其他抽样设计方法优劣的基础。其他抽样方法技术都是在它的理论技基础。其他抽样方法技术都是在它的理论技术基础上,针对它的局限发展起来的。术基础上,针对它的局限发展起来的。三、简单随机抽样在抽样理论中的地位三、简单随机抽样在抽样理论中的地位 与局限性与局限性16 若总体单位数若总体单位数 很大时,编制抽样框困很大时,编制抽样框困难;抽样框中即使有辅助信息也不加利用,难;抽样框中即
9、使有辅助信息也不加利用,使得估计的统计效率较其他利用辅助信息的使得估计的统计效率较其他利用辅助信息的抽样设计方法低;由于样本在总体中的地理抽样设计方法低;由于样本在总体中的地理分布范围较广,如果采取面访,则费时、费分布范围较广,如果采取面访,则费时、费钱、费力,困难较大;可能得到一个钱、费力,困难较大;可能得到一个“差差”的简单随机样本;若不用计算机,而用随机的简单随机样本;若不用计算机,而用随机数表或随机数骰子抽取一个大样本,比较劳数表或随机数骰子抽取一个大样本,比较劳神单调。神单调。(二)简单随机抽样的局限性(二)简单随机抽样的局限性17四、有关指标与符号四、有关指标与符号指指 标标 总总
10、 体体 样样 本本 总值总值均值均值比例比例比率比率有限总体方差有限总体方差无限总体方差无限总体方差18第二节第二节 总体均值与总体总值总体均值与总体总值的简单的简单估计估计19(一)简单估计量的定义(三)简单估计量 的方差(四)简单估计量 的方差的无偏估计(二)简单估计量 的无偏性(五)放回简单随机抽样的简单估计(六)设计效应(七)影响估计量精度的因素一、总体均值的简单估计一、总体均值的简单估计 20(一)简单估计量的定义(一)简单估计量的定义 对对于于简简单单随随机机抽抽样样,最最简简单单的的估估计计是是利利用用样样本本均均值值作为总体均值的估计,即总体均值的简单估计量为:作为总体均值的估
11、计,即总体均值的简单估计量为:也就是说,样本均值是总体均值的简单估计量。也就是说,样本均值是总体均值的简单估计量。21(二)简单估计量(二)简单估计量 的无偏性的无偏性对于简单随机抽样,对于简单随机抽样,是是 的无偏估计,即有的无偏估计,即有 证明:证明:这就是对称性论证法。由于总体中每一个单位的入样概率这就是对称性论证法。由于总体中每一个单位的入样概率都相等,所以不放回简单随机抽样是一种等概率抽样。都相等,所以不放回简单随机抽样是一种等概率抽样。22(三三)简单估计量简单估计量 的方差的方差 式中,式中,抽样比;抽样比;为有限总体校正系数。为有限总体校正系数。证明:证明:根据对称性论证法,有
12、根据对称性论证法,有根据对称性论证法,有根据对称性论证法,有 23因此有因此有24(四四)简单估计量简单估计量 的方差的无偏估计的方差的无偏估计 的无偏估计是:的无偏估计是:式中式中 为样本方差。为样本方差。证明:证明:25根据对称性论证法及根据对称性论证法及 的表达式,有的表达式,有 由此可得:由此可得:26(五)放回简单随机抽样的简单估计(五)放回简单随机抽样的简单估计 现实中有许多情况下,抽样必须是放回的,现实中有许多情况下,抽样必须是放回的,即从总体中抽中的单位每次都要放回总体中去。即从总体中抽中的单位每次都要放回总体中去。例如在城市中对行人、车辆的调查,对超市顾例如在城市中对行人、车
13、辆的调查,对超市顾客、影剧院观众的调查等抽样都是有放回的,客、影剧院观众的调查等抽样都是有放回的,从而,有可能重复抽中某些单位。从而,有可能重复抽中某些单位。对于每次抽到的结果对于每次抽到的结果(视为随机变量视为随机变量)都有都有 27由此可以证明:由此可以证明:注意到注意到 28因此样本方差因此样本方差 是无限总体方差是无限总体方差 的无偏估计量。的无偏估计量。方差方差 的一个无偏估计是:的一个无偏估计是:考虑样本单位顺序的放回简单随机抽样也是考虑样本单位顺序的放回简单随机抽样也是等概率抽样。等概率抽样。29这说明除非 =1,否则在相同的样本量下,放回简单随机抽样的方差总是大于不放回的方差,
14、即它的抽样效率一般比不放回简单随机抽样的低。根据抽样设计效应定义:放回简单随机抽样的 为:30n【例例3-3】为调查某大学学生的电信消费水平,在全校为调查某大学学生的电信消费水平,在全校=15230名学生中,用简单随机抽样的方法抽得一个名学生中,用简单随机抽样的方法抽得一个=36的样本。对每的样本。对每个抽中的学生调查其上个月的电信支出金额(如表个抽中的学生调查其上个月的电信支出金额(如表3-6所示)。所示)。试以试以95%的置信度估计该校大学生该月电信消费的平均支出的置信度估计该校大学生该月电信消费的平均支出额。额。样本序号消费额(元)样本序号消费额(元)样本序号消费额(元)12345678
15、9101112453671317089337522567951314151617181920212223244853243941931959111643576252627282930313233343536835133252890175743146194731 ,。因此,对该校大学生某月的电信消费的人均支出额的估计为53.64(元),由于置信度95%对应的 =1.96,所以,可以以95%的把握 说该校大学生该月的电信消费的人均支出额大约在53.641.966.1355,即41.6165.67元之间。若采取放回简单随机抽样,则:,以95%的把握估计该校大学生该月的电信消费的人均支出额大约在53.
16、641.966.1428,即41.6065.68元之间。计算结果说明,不放回比放回简单随机抽样估计的置信区间略小一些。由于总体较大而抽样比较小,所以两者之间相差很小。解:依据题意和表中数据,可计算得:32 总体总值为总体均值的总体总值为总体均值的 倍,即倍,即 (一)简单估计量的定义(一)简单估计量的定义 N倍的样本均值是总体总值的简单估计量,倍的样本均值是总体总值的简单估计量,即即 二、总体总值的简单估计二、总体总值的简单估计 只要我们有了总体均值的估计结果,就只要我们有了总体均值的估计结果,就可以很容易地推出总体总值的估计结果。可以很容易地推出总体总值的估计结果。33由于总体总值是总体均值
17、的由于总体总值是总体均值的N倍,其简单倍,其简单估计量也是总体均值估计量的估计量也是总体均值估计量的N倍,而倍,而N是固是固定常数,所以总体总值的简单估计量的性质定常数,所以总体总值的简单估计量的性质由总体均值的简单估计量的性质来决定。由总体均值的简单估计量的性质来决定。容易证明容易证明的无偏估计为的无偏估计为(二)简单估计量的性质(二)简单估计量的性质34【例例3.4】试试以以95%的置信度估计例3.3中该校大学生该月电信消费的总支出额。解:依题意,N=15230,根据例3.3计算的结果,可估计该校大学生该月电信消费的总支出额为 (元)。在不放回简单随机抽样下,=1523037.6444=1
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