统计学总结4

假设检验

统计上对参数的假设,就是对一个或多个参数的论述。而其中欲检验其正确性的为零假设(null hypothesis),通常表示为$H_0$,零假设通常由研究者决定,反映研究者对未知参数的看法。相对于零假设的其他有关参数之论述是备择假设(alternative hypothesis),通常表示为$H_1$,它通常反应了执行检定的研究者对参数可能数值的另一种(对立的)看法,当经过假设检验后,如果零假设被否定,那么我们转而接受备择假设。

假设检验的种类包括:Student-t检验,Z检验,卡方检验,F检验等等。

假设检验的步骤

  1. 最初研究假设为真相不明。
  2. 第一步是提出相关的零假设和对立假设。这是很重要的,因为错误陈述假设会导致后面的过程变得混乱。
  3. 第二步是考虑检验中对样本做出的统计假设;例如,关于独立性的假设或关于观测数据的分布的形式的假设。这个步骤也同样重要,因为无效的假设将意味着试验的结果是无效的。
  4. 决定哪个检测是合适的,并确定相关检验统计量 T。
  5. 在零假设下推导检验统计量的分布。在标准情况下应该会得出一个熟知的结果。比如检验统计量可能会符合学生t-分布或正态分布。
  6. 选择一个显著性水平 $\alpha$,若低于这个概率阈值,就会拒绝零假设。最常用的是 5% 和 1%。
  7. 根据在零假设成立时的检验统计量T分布,找到数值最接近备择假设,且几率为显著性水平 (α)的区域,此区域称为“拒绝域”,意思是在零假设成立的前提下,落在拒绝域的几率只有α。
  8. 针对检验统计量T,根据样本计算其估计值$t_{obs}$。
  9. 若估计值$t_{obs}$未落在“拒绝域”,接受零假设。若估计值$t_{obs}$落在“拒绝域”,拒绝零假设,接受对立假设。

假设检验的类型:

  • 双侧检验
  • 单侧检验

z统计量和t统计量的区别

推论统计中很多时候都是求得到一定样本均值的概率。z统计和t统计可以用来检验你两个平均数之间差异显著的程度,z检验适合大样本的情况(样本容量大于30),而t检验适合小样本的情况。

Z检验:

如果检验一个样本平均数$\bar{X}$与一个已知的总体平均数$\mu_0$的差异是否显著,则Z值计算公式为:
$$
Z=\frac{\overline{X}-\mu_{0}}{\frac{S}{\sqrt{n}}}
$$
要注意的是,这里使用了样本标准差来估计总体标准差(中心极限定理)。

如果检验来自两个的两组样本平均数的差异性,从而判断它们各自代表的总体的差异是否显著。其Z值计算公式为:
$$
Z=\frac{\overline{X}_{1}-\overline{X}_{2}}{\sqrt{\frac{S_{1}}{n_{1}}+\frac{S_{2}}{n_{2}}}}
$$

T检验

当样本容量小(小于30)的时候,统计量的分布不再满足正态分布,而转而满足T分布,需要使用T检验,公式为:
$$
T=\frac{\overline{X}-\mu_{0}}{\frac{S}{\sqrt{n}}}
$$

第一型及第二型错误(Type I error & Type II error)

在假设检验中,有一种假设称为“零假设(虚无假设)”;假设检验的目的就是利用统计的方式,推翻零假设的成立(也就是对立假设成立)。若零假设(虚无假设)事实上成立,但统计检验的结果拒绝零假设(接受对立假设),这种错误称为第一型错误。若零假设事实上不成立,但统计检验的结果不拒绝零假设(接受零假设),这种错误称为第二型错误。