统计学分布及假设检验幻灯片.ppt
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1、统计学分布及假设检验第1页,共77页,编辑于2022年,星期二正态分布第2页,共77页,编辑于2022年,星期二 正态分布是最常见最重要的一种分布正态分布是最常见最重要的一种分布,例如例如测量误差测量误差;人的生理特征尺寸如身高、体重等人的生理特征尺寸如身高、体重等;正常情况下生产的产品尺寸正常情况下生产的产品尺寸:直径、长度、重量直径、长度、重量高度等都近似服从正态分布高度等都近似服从正态分布.正态分布的应用与背景正态分布的应用与背景 第3页,共77页,编辑于2022年,星期二 记记为为分布分布定定义义:设设 相相互互独独立立,都服从正态都服从正态分布分布N(0,1),则称随机变量则称随机变
2、量:所服从的分布为自由度为所服从的分布为自由度为 n 的的 分布分布.第4页,共77页,编辑于2022年,星期二一般一般其中,在在x 0时收敛,称为时收敛,称为 函数函数的密度函数的密度函数为为自由度为自由度为 n 的的n=2n=3n=5n=10n=15第5页,共77页,编辑于2022年,星期二t t 分布分布 (Student 分布)定义定义则称 T 服从自由度为 n 的t 分布.记为其密度函数为X,Y相互独立相互独立,设t 分布第6页,共77页,编辑于2022年,星期二t 分布的性质分布的性质1f n(t)是偶函数,性质n=1n=20t 分布的图形分布的图形(红色的是标准正态分布红色的是标
3、准正态分布)第7页,共77页,编辑于2022年,星期二F 分布定义定义 若若X 2(n1),Y 2(n2),X,Y相互独立,相互独立,则称随机变量则称随机变量为第一自由度为为第一自由度为n1,第二自由度为第二自由度为n2的的F分布分布(或(或自由度为自由度为 ),),其概率密度为其概率密度为第8页,共77页,编辑于2022年,星期二第 1章 假设检验1.1 假设检验的基本问题假设检验的基本问题 1.2 一个正态总体参数的检验一个正态总体参数的检验第9页,共77页,编辑于2022年,星期二学习目标1.了解假设检验的基本思想了解假设检验的基本思想 2.掌握假设检验的步骤掌握假设检验的步骤3.对实际
4、问题作假设检验对实际问题作假设检验第10页,共77页,编辑于2022年,星期二根根据据样样本本的的信信息息检检验验关关于于总总体体的的某某个个命命题题是是否否正确正确.有参数假设检验和非参数假设检验这类问题称作这类问题称作假设检验假设检验问题问题.基本概念基本概念1.1 假设检验的基本问题第11页,共77页,编辑于2022年,星期二假设检验的步骤假设检验的步骤提出假设提出假设确定适当的检验统计量确定适当的检验统计量规定显著性水平规定显著性水平 计算检验统计量的值计算检验统计量的值作出统计决策作出统计决策第12页,共77页,编辑于2022年,星期二提出原假设和备择假设 什么是原假设?什么是原假设
5、?(null hypothesis)1.待检验的假设,又称“0假设”2.研究者想收集证据予以反对的假设3.表示为 H0H0:某一数值 指定为=号,即 或 例如,H0:3190(克)为什么叫为什么叫为什么叫0 00假设假设假设?第13页,共77页,编辑于2022年,星期二 什么是备择假设?什么是备择假设?(alternative hypothesis)1.与原假设对立的假设,也称“研究假设”2.研究者想收集证据予以支持的假设总是有不等号:,或 3.表示为 H1H1:某一数值,或 某一数值例如,H1:3910(克),或3910(克)提出原假设和备择假设提出原假设和备择假设第14页,共77页,编辑于
6、2022年,星期二 什么什么是是检验统计量?检验统计量?1.用于假设检验决策的统计量2.选择统计量的方法与参数估计相同,需考虑是大样本还是小样本总体方差已知还是未知3.检验统计量的基本形式为确定适当的检验统计量确定适当的检验统计量第15页,共77页,编辑于2022年,星期二规定显著性水平(significant level)什么显著性水平?什么显著性水平?1.是一个概率值2.原假设为真时,拒绝原假设的概率被称为抽样分布的拒绝域3.表示为(alpha)常用的 值有0.01,0.05,0.104.由研究者事先确定第16页,共77页,编辑于2022年,星期二作出统计决策1.计算检验的统计量2.根据给
7、定的显著性水平,查表得出相应的临界值z或z/2,t或t/23.将检验统计量的值与 水平的临界值进行比较4.得出拒绝或不拒绝原假设的结论第17页,共77页,编辑于2022年,星期二双侧检验与单侧检验(假设的形式)假设假设研究的问题研究的问题双侧检验双侧检验左侧检验左侧检验右侧检验右侧检验H0=0 0 0 0 0 0H1 0 0 0 0第18页,共77页,编辑于2022年,星期二单侧检验(原假设与备择假设的确定)1.将研究者想收集证据予以支持的假设作为备择假设H1例如,一个研究者总是想证明自己的研究结论是正确的一个销售商总是想证明供货商的说法是不正确的备择假设的方向与想要证明其正确性的方向一致2.
8、将研究者想收集证据证明其不正确的假设作为原假设H03.先确立备择假设H1第19页,共77页,编辑于2022年,星期二单侧检验(原假设与备择假设的确定)q一项研究表明,采用新技术生产后,将会使产品的使用寿命明显延长到1500小时以上。检验这一结论是否成立研究者总是想证明自己的研究结论(寿命延长)是正确的备择假设的方向为“”(寿命延长)建立的原假设与备择假设应为 H0:1500 H1:1500第20页,共77页,编辑于2022年,星期二双侧检验(显著性水平与拒绝域)H H0 0值值临界值临界值临界值临界值/2 /2/2 样本统计量样本统计量拒绝域拒绝域拒绝域拒绝域抽样分布抽样分布1-1-置信水平置
9、信水平置信水平置信水平第21页,共77页,编辑于2022年,星期二左侧检验(显著性水平与拒绝域)H H0 0值值临界值临界值 样本统计量样本统计量拒绝域拒绝域抽样分布抽样分布1-1-置信水平置信水平置信水平置信水平观察到的样本统计量观察到的样本统计量观察到的样本统计量观察到的样本统计量第22页,共77页,编辑于2022年,星期二右侧检验(显著性水平与拒绝域)H H0 0值值临界值临界值 样本统计量样本统计量拒绝域拒绝域抽样分布抽样分布1-1-置信水平置信水平置信水平置信水平观察到的样本统计量观察到的样本统计量观察到的样本统计量观察到的样本统计量第23页,共77页,编辑于2022年,星期二1.2
10、 一个正态总体参数的检验1.1.总体均值的检验总体均值的检验2.2.总体比例的检验总体比例的检验3.3.总体方差的检验总体方差的检验第24页,共77页,编辑于2022年,星期二一个总体参数的检验Z 检验检验(单尾和双尾)(单尾和双尾)t 检验检验(单尾和双尾)(单尾和双尾)Z 检验检验(单尾和双尾)(单尾和双尾)2 2检验检验(单尾和双尾)(单尾和双尾)均值均值一个总体一个总体比例比例方差方差第25页,共77页,编辑于2022年,星期二总体均值的检验(检验统计量)总体总体 是是否已知否已知?用样本标用样本标准差准差S代替代替 t 检验检验小小小样本容量样本容量n否否否是是是z 检验检验 z 检
11、验检验大大大第26页,共77页,编辑于2022年,星期二总体均值的检验(2 已知或2未知大样本)1.假定条件总体服从正态分布若不服从正态分布,可用正态分布来近似(n30)2.使用Z-统计量2 已知:2 未知:第27页,共77页,编辑于2022年,星期二2 已知均值的检验(例题分析)【例】【例】已知某种玉米平均穗重已知某种玉米平均穗重u0=300g,标准差标准差 =9.5g。喷施某种植物生长调节剂后,随机抽取喷施某种植物生长调节剂后,随机抽取9个果穗,重量分个果穗,重量分别别308,305,311,298,315,300,321,294,320(g)。问这种调。问这种调节剂对果穗重量是否有影响?
12、节剂对果穗重量是否有影响?(0.05)第28页,共77页,编辑于2022年,星期二2 已知均值的检验(例题分析)H0:=300gH1:300g =0.05n=9临界值临界值(s):检验统计量检验统计量:Z Z0 01.961.96-1.96-1.96.025.025拒绝拒绝 H H0 0拒绝拒绝 H H0 0.025.025决策决策决策决策:结论结论:在在 =0.05=0.05的水平上拒绝的水平上拒绝H H0 0认认为为喷喷施施调调节节剂剂能能够够显显著著增增加加玉玉米果穗的重量米果穗的重量第29页,共77页,编辑于2022年,星期二2 未知大样本均值的检验(例题分析)【例例】某电子元件批量生
13、产的质量标准为平均使用寿命1200小时。某厂宣称他们采用一种新工艺生产的元件质量大大超过规定标准。为了进行验证,随机抽取了100件作为样本,测得平均使用寿命1245小时,标准差300小时。能否说该厂生产的电子元件质量显著地高于规定标准?(0.05)单侧检验单侧检验第30页,共77页,编辑于2022年,星期二2 未知大样本均值的检验(例题分析)H0:1200H1:1200 =0.05n=100临界值临界值(s):检验统计量检验统计量:在在 =0.05=0.05的水平上不拒绝的水平上不拒绝H H0 0不能认为该厂生产的元件寿命显著不能认为该厂生产的元件寿命显著地高于地高于12001200小时小时决
14、策决策决策决策:结论结论结论结论:Z Z0 0拒绝域拒绝域拒绝域拒绝域0.050.051.6451.645第31页,共77页,编辑于2022年,星期二总体均值的检验(2未知小样本)1.假定条件总体为正态分布2未知,且小样本2.使用t 统计量第32页,共77页,编辑于2022年,星期二2 未知小样本均值的检验(例题分析)【例】【例】某鱼塘水中的含氧量多年平均某鱼塘水中的含氧量多年平均为为4.5mg/L。现在该鱼塘设。现在该鱼塘设10个点采个点采集水样,测定水中含氧量分别为:集水样,测定水中含氧量分别为:4.33,4.62,3.89,4.14,4.78,4.64,4.52,4.55,4.48,4.
15、26(mg/L)。试检验该次抽。试检验该次抽样测定的水中含氧量与多年平均值有样测定的水中含氧量与多年平均值有无显著差别?无显著差别?双侧检验双侧检验第33页,共77页,编辑于2022年,星期二2 未知小样本均值的检验(例题分析)H0:=4.5H1:4.5 =0.05df=10-1=9临界值临界值(s):检验统计量检验统计量:在在 =0.05=0.05的水平上的水平上接受接受H H0 0认为该次抽样测定的含氧量与认为该次抽样测定的含氧量与多年平均含氧量没有显著差别。多年平均含氧量没有显著差别。决策:决策:结论:结论:结论:结论:t t0 02.2622.262-2.262-2.262.02502
16、5拒绝拒绝拒绝拒绝 H H0 0拒绝拒绝拒绝拒绝 H H0 0.025025第34页,共77页,编辑于2022年,星期二在R软件中,函数t.test()提供了t检验的功能,使用格式如下:t.test(x,y=NULL,alternative=c(two.sided,less,greater),mu=0,paired=FALSE,var.equal=FALSE,conf.level=1-)其中x,y是由数据构成的向量(如果只提供x,则作单个正态总体的均值检验,否则作两个总体的均值检验);alternative表示备择假设,less表示单边检验(H1:u0.85)(0.890.85)决策决策:结论
17、结论结论结论:Z Z0 01.961.96-1.96-1.96.025.025拒绝拒绝拒绝拒绝 H H0 0拒绝拒绝拒绝拒绝 H H0 0.025.025第39页,共77页,编辑于2022年,星期二方差的卡方(2)检验1.检验一个总体的方差或标准差2.假设总体近似服从正态分布3.检验统计量样本方差样本方差样本方差样本方差假设的总体方差假设的总体方差假设的总体方差假设的总体方差第40页,共77页,编辑于2022年,星期二方差的卡方(2)检验(例题分析)【例例】某厂商生产出一种新型的饮料装瓶机器,按设计要求,该机器装一瓶一升(1000cm3)的饮料误差上下不超过1cm3。如果达到设计要求,表明机器
18、的稳定性非常好。现从该机器装完的产品中随机抽取25瓶,分别进行测定(用样本减1000cm3),得到如下结果。检验该机器的性能是否达到设计要求 (=0.05)0.3-0.4-0.71.4-0.6-0.3-1.50.6-0.91.3-1.30.71-0.50-0.60.7-1.5-0.2-1.9-0.51-0.2-0.61.1双侧检验双侧检验第41页,共77页,编辑于2022年,星期二方差的卡方(2)检验(例题分析)H0:2=1H1:2 1 =0.05df=25-1=24临界值临界值(s):统计量统计量统计量统计量:在在 =0.05=0.05的水平上不拒绝的水平上不拒绝H H0 0不能认为该机器的
19、性能未达到设计要不能认为该机器的性能未达到设计要求求 2 20 039.3639.3612.4012.40 /2=.05/2=.05决策决策决策决策:结论结论结论结论:第42页,共77页,编辑于2022年,星期二1.3 两个正态总体参数的检验一一.检验统计量的确定检验统计量的确定二二.两个总体均值之差的检验两个总体均值之差的检验三三.两个总体比例之差的检验两个总体比例之差的检验四四.两个总体方差比的检验两个总体方差比的检验五五.检验中的匹配样本检验中的匹配样本第43页,共77页,编辑于2022年,星期二两个正态总体参数的检验两个总体的检验两个总体的检验Z 检验检验(大样本大样本)t 检验检验(
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