數理統計基礎 統計量
目錄
https://blog.csdn.net/weixin_45792450/article/details/109314584
統計量由來與定義
如前所述,在進行統計推斷時,構造樣本的適當函式是關鍵,一個好的表示式,可以更方便研究總體的未知分佈及相關性質。
為此,我們給出下列定義.
定義:設 ( X 1 , X 2 , . . . , X n ) ({X_1},{X_2},...,{X_n}) (X1,X2,...,Xn)為總體 X {X} X的一個樣本,稱此樣本的任一不含總體分佈未知引數的函式為該樣本的統計量。
舉例說明:設總體
X
{X}
X服從正態分佈,
E
(
X
)
=
5
{E(X)=5}
E(X)=5,
D
(
X
)
=
σ
2
D(X) = {\sigma ^2}
D(X)=σ2,
σ
{\sigma}
σ未知。
(
X
1
,
X
2
,
.
.
.
,
X
n
)
({X_1},{X_2},...,{X_n})
(X1,X2,...,Xn)為總體
X
{X}
X的一個樣本,令:
X
ˉ
=
X
1
+
X
2
+
.
.
.
+
X
n
n
\bar X = {{{X_1} + {X_2} + ... + {X_n}} \over n}
Xˉ=nX1+X2+...+Xn
U
=
X
1
+
X
2
+
.
.
.
+
X
n
n
σ
U = {{{X_1} + {X_2} + ... + {X_n}} \over {n\sigma }}
U=nσX1+X2+...+Xn
那麼
X
ˉ
\bar X
Xˉ為該樣本的統計量,而
U
{U}
U不是,因為其表示式中含有了
X
{X}
X的未知引數
σ
\sigma
σ
常用的統計量
設 ( X 1 , X 2 , . . . , X n ) ({X_1},{X_2},...,{X_n}) (X1,X2,...,Xn)為總體 X {X} X的一個樣本
樣本均值
稱樣本的算術平均值為樣本均值,記為
X
ˉ
\bar X
Xˉ,即
X
ˉ
=
X
1
+
X
2
+
.
.
.
+
X
n
n
\bar X = {{{X_1} + {X_2} + ... + {X_n}} \over n}
Xˉ=nX1+X2+...+Xn
樣本方差
樣本方差是用來描述樣本中諸分量與樣本均值的均方差異的,它有兩種定義方式。
未修正樣本方差
S 0 2 = 1 n ∑ i = 1 n ( X i − X ˉ ) 2 S_0^2 = {1 \over n}\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{X_i} - \bar X} \right)}^2}} S02=n1i=1∑n(Xi−Xˉ)2
修正樣本方差
S 0 2 = 1 n − 1 ∑ i = 1 n ( X i − X ˉ ) 2 S_0^2 = {1 \over {n - 1}}\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{X_i} - \bar X} \right)}^2}} S02=n−11i=1∑n(Xi−Xˉ)2
由於存在數學關係 E ( S 2 ) = σ 2 E({S^2}) = {\sigma ^2} E(S2)=σ2(後面證明),修正樣本方差具有更好的統計性質,故樣本方差均採用修正樣本方差。
樣本標準差
樣本標準差定義為樣本方差的算術平方根
S = 1 n − 1 ∑ i = 1 n ( X i − X ˉ ) 2 S = \sqrt {{1 \over {n - 1}}\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{X_i} - \bar X} \right)}^2}} } S=n−11i=1∑n(Xi−Xˉ)2
樣本原點矩
k階原點矩為
A k = 1 n ∑ i = 1 n X i k {A_k} = {1 \over n}\sum\limits_{i = 1}^n {X_i^k} Ak=n1i=1∑nXik
樣本中心距
k階中心距為
B k = 1 n ∑ i = 1 n ( X i − X ˉ ) k {B_k} = {1 \over n}\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{X_i} - \bar X} \right)}^k}} Bk=n1i=1∑n(Xi−Xˉ)k
樣本均值與方差性質討論
均值性質
如果總體 X {X} X具有數學期望$E(X) = \mu $,則
E ( X ˉ ) = E ( X ) = σ E(\bar X) = E(X) = \sigma E(Xˉ)=E(X)=σ
結論顯然,證明從略。
方差性質
如果總體 X {X} X具有方差 D ( X ) = σ 2 D(X) = {\sigma ^2} D(X)=σ2,則
D
(
X
ˉ
)
=
1
n
D
(
X
)
=
σ
2
n
D(\bar X) = {1 \over n}D(X) = {{{\sigma ^2}} \over n}
D(Xˉ)=n1D(X)=nσ2
E
(
S
2
)
=
D
(
X
)
=
σ
2
E({S^2}) = D(X) = {\sigma ^2}
E(S2)=D(X)=σ2
證明:
對於 D ( X ˉ ) = 1 n D ( X ) = σ 2 n D(\bar X) = {1 \over n}D(X) = {{{\sigma ^2}} \over n} D(Xˉ)=n1D(X)=nσ2:
D ( X ˉ ) = D ( X 1 + X 2 + . . . + X n n ) D(\bar X) = D({{{X_1} + {X_2} + ... + {X_n}} \over n}) D(Xˉ)=D(nX1+X2+...+Xn)
= D ( X 1 n ) + D ( X 2 n ) + . . . + D ( X n n ) = D({{{X_1}} \over n}) + D({{{X_2}} \over n}) + ... + D({{{X_n}} \over n}) =D(nX1)+D(nX2)+...+D(nXn)
= 1 n 2 D ( X 1 ) + 1 n 2 D ( X 2 ) + . . . + 1 n 2 D ( X n ) = {1 \over {{n^2}}}D({X_1}) + {1 \over {{n^2}}}D({X_2}) + ... + {1 \over {{n^2}}}D({X_n}) =n21D(X1)+n21D(X2)+...+n21D(Xn)
= 1 n 2 D ( X ) × n = D ( X ) n = σ 2 n = {1 \over {{n^2}}}D(X) \times n = {{D(X)} \over n} = {{{\sigma ^2}} \over n} =n21D(X)×n=nD(X)=nσ2
對於 E ( S 2 ) = D ( X ) = σ 2 E({S^2}) = D(X) = {\sigma ^2} E(S2)=D(X)=σ2:
E ( S 2 ) = E ( ∑ i = 1 n ( X i − X ˉ ) 2 n − 1 ) E({S^2}) = E\left( {{{\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{X_i} - \bar X} \right)}^2}} } \over {n - 1}}} \right) E(S2)=E⎝⎜⎜⎛n−1i=1∑n(Xi−Xˉ)2⎠⎟⎟⎞
= 1 n − 1 E ( ∑ i = 1 n ( X i − X ˉ ) 2 ) = {1 \over {n - 1}}E(\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{X_i} - \bar X} \right)}^2}} ) =n−11E(i=1∑n(Xi−Xˉ)2)
= 1 n − 1 E ( ∑ i = 1 n ( X i 2 − 2 X i X ˉ + X ˉ 2 ) ) = {1 \over {n - 1}}E(\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {X_i^2 - 2{X_i}\bar X + {{\bar X}^2}} \right)} ) =n−11E(i=1∑n(Xi2−2XiXˉ+Xˉ2))
= 1 n − 1 E ( ∑ i = 1 n X i 2 − 2 ∑ i = 1 n X i X ˉ + ∑ i = 1 n X ˉ 2 ) = {1 \over {n - 1}}E(\sum\limits_{i = 1}^n {X_i^2} - 2\sum\limits_{i = 1}^n {{X_i}\bar X} + \sum\limits_{i = 1}^n {{{\bar X}^2}} ) =n−11E(i=1∑nXi2−2i=1∑nXiXˉ+i=1∑nXˉ2)
= 1 n − 1 E ( ∑ i = 1 n X i 2 − 2 n X ˉ 2 + ∑ i = 1 n X ˉ 2 ) = {1 \over {n - 1}}E(\sum\limits_{i = 1}^n {X_i^2} - 2n{\bar X^2} + \sum\limits_{i = 1}^n {{{\bar X}^2}} ) =n−11E(i=1∑nXi2−2nXˉ2+i=1∑nXˉ2)
= 1 n − 1 E ( ∑ i = 1 n X i 2 − n X ˉ 2 ) = {1 \over {n - 1}}E(\sum\limits_{i = 1}^n {X_i^2} - n{\bar X^2}) =n−11E(i=1∑nXi2−nXˉ2)
= 1 n − 1 ( ∑ i = 1 n E ( X i 2 ) − n E ( X ˉ 2 ) ) = {1 \over {n - 1}}\left( {\sum\limits_{i = 1}^n {E(X_i^2)} - nE({{\bar X}^2})} \right) =n−11(i=1∑nE(Xi2)−nE(Xˉ2))
由方差公式,有: E ( X 2 ) = D ( X ) + ( E ( X ) ) 2 E({X^2}) = D(X) + {(E(X))^2} E(X2)=D(X)+(E(X))2,代入即得上式:
= 1 n − 1 ( ∑ i = 1 n D ( X i ) + ( E ( X i ) ) 2 − n ( D ( X ˉ ) + ( E ( X ˉ ) ) 2 ) ) = {1 \over {n - 1}}\left( {\sum\limits_{i = 1}^n {D({X_i}) + (E({X_i})} {)^2} - n\left( {D(\bar X) + {{(E(\bar X))}^2}} \right)} \right) =n−11(i=1∑nD(Xi)+(E(Xi))2−n(D(Xˉ)+(E(Xˉ))2))
= 1 n − 1 ( ∑ i = 1 n σ 2 + μ 2 − n ( σ 2 n + μ 2 ) ) = {1 \over {n - 1}}\left( {\sum\limits_{i = 1}^n {{\sigma ^2} + {\mu ^2}} - n\left( {{{{\sigma ^2}} \over n} + {\mu ^2}} \right)} \right) =n−11(i=1∑nσ2+μ2−n(nσ2+μ2))
= 1 n − 1 ( n σ 2 + n μ 2 − n ( σ 2 n + μ 2 ) ) = {1 \over {n - 1}}\left( {n{\sigma ^2} + n{\mu ^2} - n\left( {{{{\sigma ^2}} \over n} + {\mu ^2}} \right)} \right) =n−11(nσ2+nμ2−n(nσ2+μ2))
= σ 2 = {\sigma ^2} =σ2
相關文章
- 數理統計02:抽樣分佈與次序統計量
- 數理統計9:完備統計量,指數族,充分完備統計量法,CR不等式
- 統計建模基礎
- 人工智慧必備數學基礎:概率論與數理統計(1)人工智慧
- 人工智慧必備數學基礎:概率論與數理統計(2)人工智慧
- 多元統計分析01:多元統計分析基礎
- 數理統計筆記筆記
- 數理統計學概貌
- 統計學基礎(一)
- 圖解AI數學基礎 | 概率與統計圖解AI
- 【數理統計】基本概念
- 【scipy 基礎】--統計分佈
- ArcGIS工具 - 統計工具數量
- Laravel 數量統計優化Laravel優化
- 概率論與數理統計 17
- 概率論與數理統計 19
- 概率論與數理統計(1)
- 數理統計——新聞分類
- Linux系統程式設計基礎Linux程式設計
- Linux基礎命令---文字統計pasteLinuxAST
- Linux基礎命令---wc文字統計Linux
- Linux基礎命令—文字統計wcLinux
- 【傳統影像處理】1 數字影像基礎
- 02.統計學基礎知識
- “談談MySQL的基數統計”MySql
- mongodb怎麼統計不重複數量?MongoDB
- JS演算法——統計字元數量JS演算法字元
- 數學-概率與統計-數理統計-總結(四):方差分析及迴歸分析
- 高併發文章瀏覽量計數系統設計
- 資料中心空調系統基礎知識-製冷量與熱量計算
- 嵌入式系統程式設計基礎程式設計
- 計數系統設計
- 專欄文章 質量保障系統的落地實踐 (三) CI 管理設計 - 基礎設計
- Oracle group by與case when統一單位後統計數量Oracle
- Java工作量統計系統Java
- 資料統計分析的 16 個基礎概念
- R語言進行基礎統計分析(一)R語言
- Flink 熱詞統計(1): 基礎功能實現