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統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

 taotao_2016 2019-09-19

我們之前文章里介紹的卡方檢驗運用于分類數(shù)據(jù)的問題,數(shù)據(jù)是離散的。今天我們要討論有關連續(xù)性數(shù)據(jù)的檢驗問題,是與最重要的正態(tài)分布有關的。

u檢驗和t檢驗

我們使用例子:工廠供給用戶一種產品,要求的規(guī)格是每袋100千克?,F(xiàn)用戶對這項規(guī)格是否達到有懷疑,決定抽取若干袋進行檢查,來看看這種懷疑是否有根據(jù)。

若以X記從該廠隨機抽取的一袋產品的重量,則X為隨機變量。檢驗步驟如下:

(1)設定如下前提

1) 假定X服從正態(tài)分布,這形式上是一個純粹的數(shù)學性假定,但正如我們以前文章里介紹正態(tài)分布時提到的,它有一定的理論和經驗上的根據(jù)

2) 在X~N(a,σ^2)的前提下,我們把要檢驗的原假設表示為:a=100(首先,因有隨機因素的干擾,不論廠方主觀上如何努力,也不能做到每袋恰為100千克,因此,所提規(guī)格應解釋為:X的均值為100(千克);另外,原假設不表示為a不等于100,是因為在沒有實地檢查前不好先天地認為它不合規(guī)格,且在正常情況下,廠方也會努力做到合規(guī)格。因此,在得出“不合規(guī)格”的結論時,應當更為慎重)

(2)抽樣并在原假設的前提下算出樣本的擬合優(yōu)度(對于擬合優(yōu)度以及檢驗水平的解釋詳見卡方檢驗一章)

設從工廠產品中抽取n袋,以x1,…,xn記它們的重量,則`x=∑xi/n是均值a的良好估計。若原假設成立,則a=100,故|`x-100|應傾向于小。因此,我們自然地把那些滿足條件

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

的樣本(X1,…,Xn)看作比`x更背離原假設。在原假設下算出這些樣本的概率,即為樣本的擬合優(yōu)度。則

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

(3)假定方差已知。使用u檢驗法

因為

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

有標準正態(tài)分布,記此變量為Y~N(0,1)。則擬合優(yōu)度的計算式可改寫為

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

由樣本和已知的方差值算出

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

然后就可由正態(tài)分布表查出擬合優(yōu)度的值(等于下圖中斜線部分的面積)。

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

給定水平α后,按照要求

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

(4)假定方差未知。使用t檢驗法

在方差未知時,我們引進樣本方差s2(總體方差的估計),用如下準則表示樣本(X1,…,Xn)比`x更背離原假設

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

當原假設成立時,統(tǒng)計量

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

服從自由度為n-1的t分布tn-1。由此可知擬合優(yōu)度

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

由樣本和樣本方差s2算出

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

然后就可由t分布表查出擬合優(yōu)度。

對于給定水平α,按照要求,當且僅當

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

亦即

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

假設檢驗與區(qū)間估計的關系

對正態(tài)總體N(a,σ^2)的均值a,我們討論過它的區(qū)間估計和假設檢驗問題。將其結果作一比較,會發(fā)現(xiàn)一件有趣而重要的事實。

先看方差已知的情況:

設樣本為x1,…,xn,`x為樣本均值

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

比較二者可看出,當且僅當a0落在(1)中的那個區(qū)間內時,原假設a=a0才被接受。這就在區(qū)間估計和假設檢驗之間建立了一個密切聯(lián)系,使知其一便可推出其他。當然,這一切都是在同一個α之下進行的(檢驗水平為α,置信系數(shù)為1-α)。

再看方差未知的情況,以s2記樣本方差。

統(tǒng)計學系列——假設檢驗之u檢驗和t檢驗

情況與方差已知時完全類似:當且僅當a0落在(1)中的區(qū)間之內時,才接受a=a0。

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