Справочник от Автор24
Поделись лекцией за скидку на Автор24

Математическая статистика

  • 👀 422 просмотра
  • 📌 337 загрузок
  • 🏢️ Пермский государственный национальный исследовательский университет
Выбери формат для чтения
Загружаем конспект в формате pdf
Это займет всего пару минут! А пока ты можешь прочитать работу в формате Word 👇
Конспект лекции по дисциплине «Математическая статистика» pdf
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà Ëåêöèè äëÿ ñòóäåíòîâ ÔÑÔ (20172018 ó÷.ã.) È.Å. Ïîëîñêîâ Ïåðìñêèé ãîñóäàðñòâåííûé íàöèîíàëüíûé èññëåäîâàòåëüñêèé óíèâåðñèòåò È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 1 / 297 Ñîäåðæàíèå I 1 ÂÂÅÄÅÍÈÅ Â ÌÑ 2 ÎÑÍÎÂÍÛÅ ÀÑÏÅÄÅËÅÍÈß ÑÂ, ÂÑÒÅ×ÀÞÙÈÅÑß Â ÌÑ àììà-ðàñïðåäåëåíèå χ2 -ðàñïðåäåëåíèå χ-ðàñïðåäåëåíèå t-ðàñïðåäåëåíèå F -ðàñïðåäåëåíèå 3 ÄÅÑÊÈÏÒÈÂÍÀß ÑÒÀÒÈÑÒÈÊÀ Ââåäåíèå Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Òèïû ïðèçíàêîâ Îñíîâíûå ñòàòèñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ Ìåðû ðàññåÿíèÿ Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè 4 ÒÎ×Å×ÍÛÅ ÎÖÅÍÊÈ ÏÀÀÌÅÒΠÎñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 2 / 297 Ñîäåðæàíèå II Ìåòîä ïîäñòàíîâêè Ìåòîä ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ Ìåòîä ìîìåíòîâ Ìåòîä íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ Ìåòîä êâàíòèëåé 5 ÈÍÒÅÂÀËÜÍÛÅ ÎÖÅÍÊÈ ÏÀÀÌÅÒΠÏîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Ñõåìà ïîñòðîåíèÿ äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëîâ ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 6 ÏÎÂÅÊÀ ÑÒÀÒÈÑÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÈÏÎÒÅÇ Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç Ïðèìåðû êðèòåðèåâ Êðèòåðèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà 7 Å ÅÑÑÈÎÍÍÎ-ÊÎÅËßÖÈÎÍÍÛÉ ÀÍÀËÈÇ åãðåññèîííûé àíàëèç Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 3 / 297 Ñîäåðæàíèå III Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Êîððåëÿöèîííûå ìåòîäû èçìåðåíèÿ òåñíîòû ñâÿçè Âûáîðî÷íûé ëèíåéíûé êîýèöèåíò êîððåëÿöèè Çíà÷èìîñòü ëèíåéíîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè àíãîâûå êîýèöèåíòû êîððåëÿöèè È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 4 / 297 àçäåë 1. Ââåäåíèå â ÌÑ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 5 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Îïðåäåëåíèå 1.1. Ñòàòèñòèêà  íàóêà, êîòîðàÿ èçó÷àåò ìàññîâûå îáùåñòâåííûå ÿâëåíèÿ (ïðåæäå âñåãî, ñîöèàëüíî-ýêîíîìè÷åñêèå), èññëåäîâàíèå êîòîðûõ ñâÿçàíî ñ êîëè÷åñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêîé è âûÿâëåíèåì ïðèñóùèõ èì çàêîíîìåðíîñòåé. Ïðåäìåòîì ñòàòèñòèêè ÿâëÿþòñÿ îáùèå âîïðîñû èçìåðåíèÿ è àíàëèçà ìàññîâûõ êîëè÷åñòâåííûõ îòíîøåíèé è âçàèìîñâÿçåé. Îñíîâíîé õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíè èìåþò äåëî íå ñ îòäåëüíûìè ñëó÷àÿìè, îáúåêòàìè, èíäèâèäóóìàìè, ñ ñîâîêóïíîñòÿìè, ãðóïïàìè, ò.å. ñ ìàññîâûì ìàòåðèàëîì. Òàì è òîãäà, ãäå è êîãäà ðå÷ü èäåò î ñîâîêóïíîñòè äàííûõ, âîçìîæåí ñòàòèñòè÷åñêèé ïîäñ÷åò è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðèìåíåíèå ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 6 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Îïðåäåëåíèå 1.2. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà: ðàçäåë ìàòåìàòèêè, ïîñâÿùåííûé ìàòåìàòè÷åñêèì ìåòîäàì ñèñòåìàòèçàöèè, îáðàáîòêè è èñïîëüçîâàíèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ äëÿ íàó÷íûõ è ïðàêòè÷åñêèõ âûâîäîâ, èçó÷åíèÿ çàêîíîìåðíîñòåé ìàññîâûõ ÿâëåíèé è èõ âçàèìîñâÿçåé; 2 òåñíî ñâÿçàíà ñ òåîðèåé âåðîÿòíîñòåé, èçó÷àþùåé ñëó÷àéíûå ñîáûòèÿ è ñëó÷àéíûå ïðîöåññû. 1 Çàäà÷à ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêè ... ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû ïî ðåçóëüòàòàì îãðàíè÷åííîãî ÷èñëà íàáëþäåíèé çà ìàññîâûì ÿâëåíèåì ñîñòàâèòü ïðåäñòàâëåíèå î çàêîíå åãî îñóùåñòâëåíèÿ ñ öåëüþ ïîñëåäóþùåãî ïðîãíîçèðîâàíèÿ. Òåîðèÿ âåðîÿòíîñòåé ÿâëÿåòñÿ ëîãè÷åñêîé îñíîâîé ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêè, îíà äàåò âîçìîæíîñòü îñìûñëåíèÿ è èíòåðïðåòàöèè âûâîäîâ, ïîëó÷åííûõ èñõîäÿ èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 7 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Èíîãäà ïîä ñòàòèñòèêîé ïîíèìàþò òàêæå è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. Òèïû ñòàòèñòèê 1 2 3 4 5 6 7 8 ñòàòèñòèêà òîðãîâëè, ñóäåáíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà çàíÿòîñòè, äåìîãðàè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (ñòàòèñòèêà íàñåëåíèÿ), ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà, òðàíñïîðòíàÿ ñòàòèñòèêà, ñòàòèñòèêà òðóäà è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ åïðåçåíòàòèâíîñòü âûáîðêè Õîòÿ â öåëîì ýòîò âîïðîñ ñëîæåí è çàòðàãèâàåò íå òîëüêî âåðîÿòíîñòíûå àñïåêòû, îäíàêî Ò ïîçâîëÿåò ñîïîñòàâèòü ñîáðàííûå äàííûå äàííûì ãîñóäàðñòâåííîé ñòàòèñòèêè, íàïðèìåð, ðåçóëüòàòàì ïåðåïèñè íàñåëåíèÿ, è îòâåòèòü íà âîïðîñ, ñîîòâåòñòâóåò ëè âûáîðêà ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. Äëÿ îïèñàíèÿ è èññëåäîâàíèÿ ñîöèàëüíûõ ÿâëåíèé èñïîëüçóþòñÿ ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè. Ìîäåëè ïîçâîëÿþò ÷åòêî ïðåäñòàâèòü ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ ðàçëè÷íûõ ïåðåìåííûõ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ìîäåëü  ýòî òåîðåòè÷åñêàÿ êîíñòðóêöèÿ, ñ äðóãîé,  ýìïèðè÷åñêàÿ, ò. ê. ïàðàìåòðû ìîäåëåé îöåíèâàþòñÿ íà îñíîâå äàííûõ  ñëó÷àéíîé âûáîðêè. Íåîáõîäèìî ïðîâåðèòü, àäåêâàòíà ëè ìîäåëü äàííûì, ñóùåñòâåííû ëè âñå åå ïàðàìåòðû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 9 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ !!! Ìåòîäû ÌÑ èñïîëüçóþòñÿ ïðè àíàëèçå ÿâëåíèé, îáëàäàþùèõ ñâîéñòâîì ñòàòèñòè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè. Ýòî ñâîéñòâî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî, õîòÿ ðåçóëüòàò Xk îòäåëüíîãî îïûòà íå ìîæåò áûòü ïðåäñêàçàí ñ äîñòàòî÷íîé òî÷b 1 , X2 , ..., Xn ) îò ðåçóëüòàòîâ íàíîñòüþ, çíà÷åíèå íåêîòîðîé óíêöèè θb = θ(X áëþäåíèé ïðè íåîãðàíè÷åííîì óâåëè÷åíèè îáúåìà âûáîðêè òåðÿåò ñâîéñòâî ñëó÷àéíîñòè è ñõîäèòñÿ ïî âåðîÿòíîñòè ê íåêîòîðîé íåñëó÷àéíîé âåëè÷èíå θ (çàêîí áîëüøèõ ÷èñåë!). ÌÑ íå äàåò ðåêîìåíäàöèé êàñàòåëüíî èíòåðïðåòàöèè ÷èñëîâûõ ðåçóëüòàòîâ îáñëåäîâàíèÿ âûáîðî÷íûõ äàííûõ. Ïîñëåäíåå åñòü çàäà÷à è ïðåðîãàòèâà òåõ êîíêðåòíûõ îòðàñëåé çíàíèÿ, â êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ ýòè ðåçóëüòàòû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 10 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Îñíîâíûå çàäà÷è ÌÑ 1 2 3 4 ïåðâè÷íàÿ îáðàáîòêà ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ, îöåíèâàíèå ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèé, ïðîâåðêà ñòàòèñòè÷åñêèõ ãèïîòåç (óòâåðæäåíèé î çàêîíàõ ðàñïðåäåëåíèé, ÷èñëîâûõ õàðàêòåðèñòèêàõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí è ò.ä.), îïèñàíèå âçàèìîñâÿçåé ìåæäó ðàçëè÷íûìè ïðèçíàêàìè (ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 11 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Îñíîâíûå çàäà÷è ÌÑ 1 2 3 4 ïåðâè÷íàÿ îáðàáîòêà ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ, îöåíèâàíèå ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèé, ïðîâåðêà ñòàòèñòè÷åñêèõ ãèïîòåç (óòâåðæäåíèé î çàêîíàõ ðàñïðåäåëåíèé, ÷èñëîâûõ õàðàêòåðèñòèêàõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí è ò.ä.), îïèñàíèå âçàèìîñâÿçåé ìåæäó ðàçëè÷íûìè ïðèçíàêàìè (ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 11 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Îñíîâíûå çàäà÷è ÌÑ 1 2 3 4 ïåðâè÷íàÿ îáðàáîòêà ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ, îöåíèâàíèå ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèé, ïðîâåðêà ñòàòèñòè÷åñêèõ ãèïîòåç (óòâåðæäåíèé î çàêîíàõ ðàñïðåäåëåíèé, ÷èñëîâûõ õàðàêòåðèñòèêàõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí è ò.ä.), îïèñàíèå âçàèìîñâÿçåé ìåæäó ðàçëè÷íûìè ïðèçíàêàìè (ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 11 / 297 1. Ââåäåíèå â ÌÑ Îñíîâíûå çàäà÷è ÌÑ 1 2 3 4 ïåðâè÷íàÿ îáðàáîòêà ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ, îöåíèâàíèå ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèé, ïðîâåðêà ñòàòèñòè÷åñêèõ ãèïîòåç (óòâåðæäåíèé î çàêîíàõ ðàñïðåäåëåíèé, ÷èñëîâûõ õàðàêòåðèñòèêàõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí è ò.ä.), îïèñàíèå âçàèìîñâÿçåé ìåæäó ðàçëè÷íûìè ïðèçíàêàìè (ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 11 / 297 àçäåë 2. Îñíîâíûå ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí, âñòðå÷àþùèåñÿ â ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêå È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 12 / 297 2.1. àììà-ðàñïðåäåëåíèå Îïðåäåëåíèå 2.1. Ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà X èìååò ãàììàðàñïðåäåëåíèå Γ (λ, ν) ñ ïàðàìåòðàìè λ > 0 è ν > 0, åñëè åå ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ îðìóëîé f (x) = 1 λν xν−1 e−λx , Γ (ν) x > 0, ãäå Γ (ν)  ãàììàóíêöèÿ. Îïðåäåëåíèå 2.2. àììà-óíêöèÿ çàäàåòñÿ îðìóëîé Γ (α) = +∞ Z tα−1 e−t dt, α > 0. Åå ñâîéñòâà: Γ (α + 1) = α Γ (α), È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Γ (n + 1) = n!, Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà n ∈ N0 . 13 / 297 2.1. àììà-ðàñïðåäåëåíèå Ñâîéñòâà ãàììàðàñïðåäåëåíèÿ 1°. 2°. 3°. 4°. Íà÷àëüíûå ìîìåíòû(k > 0): αk = (k + ν − 1)(k + ν − 2) ... ν/λk . Ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå: mX = ν/λ. Äèñïåðñèÿ: DX = ν/λ2 . Åñëè X1 , X2 , ..., Xn  íåçàâèñèìûå ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû, òàêèå ÷òî Xi ∼ Γ (νi , λ), i = 1, 2, ..., n, òî ðàñïðåäåëåíèå Ñ Y = n X Xi i=1 èìååò âèä: Y ∼ Γ (ν, λ), ν= n X νi . i=1 5°. Åñëè X ∼ Γ (ν, λ) è a >  êîíñòàíòà, òî a X ∼ Γ (ν, a λ). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 14 / 297 2.1. àììà-ðàñïðåäåëåíèå 0.20 0.15 λ=2 λ=4 λ=6 0.10 λ=8 λ=10 0.05 5 10 15 20 èñ. 2.1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 15 / 297 2.2. χ2 -ðàñïðåäåëåíèå àññìîòðèì ñëó÷àéíóþ âåëè÷èíó Yn = X12 + X22 + ... + Xn2 , ãäå Ñ Xi íåçàâèñèìû â ñîâîêóïíîñòè è èìåþò ñòàíäàðòíîå íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå N (0, 1). Îïðåäåëåíèå 2.3. àñïðåäåëåíèå ñóììû êâàäðàòîâ n íåçàâèñèìûõ íîðìàëüíûõ ñ ïàðàìåòðàìè (0, 1) ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí íàçûâàåòñÿ χ2 -ðàñïðåäåëåíèåì Ïèðñîíà ñ n ñòåïåíÿìè ñâîáîäû. χ2 ÷èòàåòñÿ "õè-êâàäðàò". Îáîçíà÷åíèå: Yn ∼ χ2n . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 16 / 297 2.2. χ2 -ðàñïðåäåëåíèå Ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû Yn : f Yn = y n/2−1 e−y/2 , Γ (n/2) · 2n/2 y > 0. 0.2 4 0.15 8 10 0.1 15 20 0.05 5 10 15 20 25 30 èñ. 2.2 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 17 / 297 2.2. χ2 -ðàñïðåäåëåíèå Ìîìåíòû E[Y ] = n, D[Y ] = 2 n, n n αk [Yn ] = n (n + 2) (n + 4) ... (n + 2k − 2). Àñèìïòîòèêà Ïðè n → ∞ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü {Yn /n} ñõîäèòñÿ ïî âåðîÿòíîñòè ê 1, à ðàñïðåäåëåíèå Ñ Yn − n √ 2n  ê ñòàíäàðòíîìó ãàóññîâîìó. Ïðè íåáîëüøèõ n ðàñïðåäåëåíèå χ2n çàòàáóëèðîâàíî, äëÿ áîëüøèõ èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå àïïðîêñèìàöèè, íàïðèìåð, ïðè n → ∞ äëÿ óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ FYn (x) Ñ χ2n âåðíî ïðèáëèæåííîå ðàâåíñòâî: FYn (x) ≈ FN (0,1) È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) √  √ 2x − 2n − 1 . Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 18 / 297 2.3. χ-ðàñïðåäåëåíèå √ Îáîçíà÷àåòñÿ è îïðåäåëÿåòñÿ êàê ðàñïðåäåëåíèå Vn = χn = Yn . Èñïîëüçóÿ ýòó ñâÿçü, ìîæíî ïîëó÷èòü ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ Ñ Vn : f (x) = 2 1 xn−1 e−x /2 , 2n/2−1 Γ (n/2) x > 0, à çàòåì è íà÷àëüíûå ìîìåíòû  2k/2 Γ (n + k)/2 αk = . Γ (n/2) È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 19 / 297 2.4. t-ðàñïðåäåëåíèå Ïóñòü X , Y1 , Y2 , ..., Yn  íåçàâèñèìûå íîðìàëüíûå ñ ïàðàìåòðàìè (0,1) ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû è ïóñòü T = X √ n , Z Z2 = n X i=1 Yi2 ≡ χ2n . (2.1) Îïðåäåëåíèå 2.4. àñïðåäåëåíèå Ñ T , îáîçíà÷àåìîå t(n) èëè tn , íàçûâàåòñÿ ðàñïðåäåëåíèåì Ñòüþäåíòà ñ n ñòåïåíÿìè ñâîáîäû. Ó.Ñ. îññåò (W.S. Gosset, 18761937)  èçâåñòíûé ó÷åíûéñòàòèñòèê, áîëåå èçâåñòíûé ïîä ñâîèì ïñåâäîíèìîì Ñòüþäåíò áëàãîäàðÿ ñâîèì èññëåäîâàíèþ ðàñïðåäåëåíèÿ, íàçâàííîãî ïî åãî ïñåâäîíèìó. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 20 / 297 2.4. t-ðàñïðåäåëåíèå Ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ fT (t) = √ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) t2 −(n+1)/2 1 Γ ((n + 1)/2)  1+ . Γ (n/2) n πn Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 21 / 297 2.5. F -ðàñïðåäåëåíèå Ïóñòü U1 , U2 , ..., Un , V1 , V2 , ..., Vm  íåçàâèñèìûå â ñîâîêóïíîñòè ñòàíäàðòíûå íîðìàëüíûå ÑÂ. Ïîëîæèì 1 n Fnm = 1 m n P i=1 m P i=1 Ui2 = Vi2 m χ2n . n χ2m Îïðåäåëåíèå 2.5. Âåëè÷èíà Fnm íàçûâàåòñÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíîé ÔèøåðàÑíåäåêîðà ñ n è m ñòåïåíÿìè ñâîáîäû. Ñýð .Ý. Ôèøåð (Sir R.A.Fisher, 18901962)  àíãëèéñêèé ñòàòèñòèê, áèîëîãýâîëþöèîíèñò è ãåíåòèê. Äæ.Ó. Ñíåäåêîð (G.W. Snede or, 18811974)  àìåðèêàíñêèé ìàòåìàòèê è ñòàòèñòèê, ó÷åíèê .Ý.Ôèøåðà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 22 / 297 2.5. F -ðàñïðåäåëåíèå Ïëîòíîñòü âåðîÿòíîñòè Ñ Fnm fFnm (x) = m+n 2 Γ Γ  n 2 Γ   m 2  n n/2 n/2−1 x m , n (1 + m x)(n+m)/2 x > 0, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ðàñïðåäåëåíèåì ÔèøåðàÑíåäåêîðà (èëè F -ðàñïðåäåëåíèåì) n è m ñòåïåíÿìè ñâîáîäû. Íà÷àëüíûå ìîìåíòû αk =  n k m m̄ (m̄ + 1) ... (m̄ + k − 1) , (n̄ − k) (n̄ − k − 1) ... (n̄ − 1) È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà n̄ = n/2, m̄ = m/2. 23 / 297 àçäåë 3. Äåñêðèïòèâíàÿ ñòàòèñòèêà È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 24 / 297 3.1. Ââåäåíèå Äëÿ áîëåå ãëóáîêîãî èññëåäîâàíèÿ ìàòåðèàëà íåîáõîäèìû îáîáùàþùèå êîëè÷åñòâåííûå ïîêàçàòåëè, ðàñêðûâàþùèå îáùèå ñâîéñòâà ñòàòèñòè÷åñêîé ñîâîêóïíîñòè. Îïðåäåëåíèå 3.1. Äåñêðèïòèâíàÿ èëè îïèñàòåëüíàÿ ñòàòèñòèêà ïîçâîëÿåò äëÿ êàæäîãî ïîêàçàòåëÿ çàìåíèòü âñþ ñîâîêóïíîñòü åãî èíäèâèäóàëüíûõ çíà÷åíèé íåêîòîðûìè îáùèìè äëÿ âñåõ îáúåêòîâ âåëè÷èíàìè. Ýòè îáîáùåííûå ïîêàçàòåëè: äàþò îáùóþ êàðòèíó, ïîêàçûâàþò òåíäåíöèþ ðàçâèòèÿ ïðîöåññà èëè ÿâëåíèÿ, íèâåëèðóÿ ñëó÷àéíûå èíäèâèäóàëüíûå îòêëîíåíèÿ, 2 ïîçâîëÿþò ñðàâíèâàòü ðàçëè÷íûå ñîâîêóïíîñòè, 3 èñïîëüçóþòñÿ âî âñåõ ðàçäåëàõ ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêè ïðè áîëåå ïîëíîì è ñëîæíîì àíàëèçå ñòàòèñòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà. 1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 25 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ ÌÑ èìååò äåëî ñ ñîâîêóïíîñòÿìè îáúåêòîâ, êîòîðûå îáëàäàþò íåêîòîðûì íàáîðîì ïðèçíàêîâ (ïîêàçàòåëåé, õàðàêòåðèñòèê). Ýòî ñòàòèñòè÷åñêèå ñîâîêóïíîñòè. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ñîâîêóïíîñòü ìîæåò âêëþ÷àòü âñå èçó÷àåìûå îáúåêòû (â ýòîì ñëó÷àå îíà íàçûâàåòñÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòüþ) èëè òîëüêî ÷àñòü îáúåêòîâ (òîãäà îíà íàçûâàåòñÿ âûáîðêîé). Êëàññè÷åñêèì äëÿ ÌÑ ïîäõîäîì ÿâëÿåòñÿ ïðåäñòàâëåíèå èñõîäíûõ äàííûõ êàê âûáîðêè èç ðåàëüíîé èëè ãèïîòåòè÷åñêîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. Ïðè ýòîì âñå ðåçóëüòàòû àíàëèçà èíòåðïðåòèðóþòñÿ êàê âûáîðî÷íûå è ñòàâèòñÿ çàäà÷à èõ îöåíêè â ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 26 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.2. Îáúåêò íàáëþäåíèÿ  ýòî ñîâîêóïíîñòü ïðåäìåòîâ èëè ÿâëåíèé, îáúåäèíåííûõ êàêèì-ëèáî îáùèì ïðèçíàêîì èëè ñâîéñòâîì êà÷åñòâåííîãî èëè êîëè÷åñòâåííîãî õàðàêòåðà, êîòîðûå ïîäëåæàò èññëåäîâàíèþ, èëè òî÷íûå ãðàíèöû, â ïðåäåëàõ êîòîðûõ áóäóò ðåãèñòðèðîâàòüñÿ ñòàòèñòè÷åñêèå ñâåäåíèÿ. Îïðåäåëåíèå 3.3. Êîëè÷åñòâåííûì íàçûâàåòñÿ ïðèçíàê, çíà÷åíèÿ êîòîðîãî âûðàæàþòñÿ ÷èñëàìè. Îïðåäåëåíèå 3.4. Êà÷åñòâåííûì íàçûâàåòñÿ ïðèçíàê, õàðàêòåðèçóþùèéñÿ íåêîòîðûì ñâîéñòâîì èëè ñîñòîÿíèåì ýëåìåíòîâ ñîâîêóïíîñòè. Îïðåäåëåíèå 3.5. Êàæäûé îáúåêò ñòàòèñòè÷åñêîãî íàáëþäåíèÿ ñîñòîèò èç îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ  åäèíèö íàáëþäåíèÿ. åçóëüòàòû ñòàòèñòè÷åñêèõ íàáëþäåíèé ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ÷èñëîâóþ èíîðìàöèþ  äàííûå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 27 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.6. Ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå  ýòî ñâåäåíèÿ î òîì, êàêèå çíà÷åíèÿ ïðèíÿë èíòåðåñóþùèé èññëåäîâàòåëÿ ïðèçíàê â ñòàòèñòè÷åñêîé ñîâîêóïíîñòè. Îïðåäåëåíèå 3.7. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ñîâîêóïíîñòü  ýòî ñîâîêóïíîñòü îáúåêòîâ èëè ÿâëåíèé îäíîãî è òîãî æå âèäà, îáúåäèíåííûõ îïðåäåëåííûì ïðèçíàêîì. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 28 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïóñòü íåîáõîäèìî îáñëåäîâàòü êîëè÷åñòâåííûé ïðèçíàê â ïàðòèè ýêçåìïëÿðîâ íåêîòîðîãî òîâàðà. Ïðîâåðêó ïàðòèè ìîæíî ïðîâîäèòü äâóìÿ ñïîñîáàìè: 1) ïðîâåñòè ñïëîøíîé êîíòðîëü âñåé ïàðòèè; 2) ïðîâåñòè êîíòðîëü òîëüêî ÷àñòè ïàðòèè. Ïåðâûé ñïîñîá íå âñåãäà îñóùåñòâèì, íàïðèìåð, èç-çà áîëüøîãî ÷èñëà ýêçåìïëÿðîâ â ïàðòèè, èç-çà äîðîãîâèçíû ïðîâåäåíèÿ îïåðàöèè êîíòðîëÿ, èç-çà òîãî, ÷òî êîíòðîëü ñâÿçàí ñ ðàçðóøåíèåì ýêçåìïëÿðà (ïðîâåðêà ýëåêòðîëàìïû íà äîëãîâå÷íîñòü åå ðàáîòû). Îïðåäåëåíèå 3.8. Ïðè âòîðîì ñïîñîáå ìíîæåñòâî ñëó÷àéíûì îáðàçîì îòîáðàííûõ îáúåêòîâ, ÷òîáû êàæäûé îáúåêò èìåë ðàâíûå øàíñû áûòü îòîáðàííûì, íàçûâàåòñÿ âûáîðî÷íîé ñîâîêóïíîñòüþ, èëè âûáîðêîé. Âñå ìíîæåñòâî îáúåêòîâ, èç êîòîðîãî ïðîèçâîäèòñÿ âûáîðêà, íàçûâàåòñÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòüþ. Ïîýòîìó ñòàòèñòè÷åñêàÿ ñîâîêóïíîñòü ñîâïàäàåò ñ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòüþ, åñëè èññëåäîâàíèþ ïîäëåæàò âñå ýëåìåíòû ñîâîêóïíîñòè, è ñ âûáîðêîé ïðè âòîðîì ñïîñîáå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 29 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.9. ×èñëî îáúåêòîâ â âûáîðêå íàçûâàåòñÿ îáúåìîì âûáîðêè. Îáû÷íî ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî îáúåì ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè áåñêîíå÷åí. Ïðèìåð 3.1. 1) X  ÷èñëî ðîæäåíèé â ãîðîäå çà ðàññìàòðèâàåìûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè. åíåðàëüíàÿ ñîâîêóïíîñòü  ìíîæåñòâî ÷èñåë {0, 1, 2, ..., N }, îãðàíè÷åííîå ñâåðõó êàêèì-òî ÷èñëîì N . Òàê êàê çàðàíåå äëÿ âñåõ ñëó÷àåâ óêàçàòü êàêîåëèáî êîíêðåòíîå ÷èñëî N íåâîçìîæíî, òî ñ öåëüþ óïðîùåíèÿ ìàòåìàòè÷åñêîé òåîðèè çäåñü óäîáíî ðàññìàòðèâàòü èäåàëèçèðîâàííóþ ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü  âñå ìíîæåñòâî öåëûõ íåîòðèöàòåëüíûõ ÷èñåë {0, 1, 2, ...} ñ íåêîòîðûì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ. 2) X  âåëè÷èíà îòêëîíåíèÿ äåòàëè îò çàäàííîãî ðàçìåðà ïðè ìàññîâîì ïðîèçâîäñòâå. Äëÿ óäîáñòâà èññëåäîâàíèé çà ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü çäåñü ïðèíèìàþò âñå ìíîæåñòâî âåùåñòâåííûõ ÷èñåë ñ íåêîòîðûì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 30 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.10. ×èñëà, ñîñòàâëÿþùèå ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü, íàçûâàþòñÿ åå ýëåìåíòàìè. Çàêîí FX ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X íàçûâàåòñÿ ãåíåðàëüíûì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ, à ÷èñëîâûå õàðàêòåðèñòèêè X  ãåíåðàëüíûìè ÷èñëîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Âûáîðêó íåëüçÿ ñîñòàâëÿòü êàê ïîïàëî. Èíà÷å îíà íå áóäåò ïðàâèëüíî õàðàêòåðèçîâàòü ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü. Îïðåäåëåíèå 3.11. Ïðîöåññ ñîñòàâëåíèÿ âûáîðêè íàçûâàåòñÿ îòáîðîì, èëè âûáîðîì. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 31 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Òèïû îòáîðà 1 Îòáîð ñ âîçâðàùåíèåì è áåç âîçâðàùåíèÿ. Îáà òèïà âûáîðà èìåþò ñìûñë äëÿ êîíå÷íîé ïåðåíóìåðîâàííîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. Èõ ìîæíî óïîäîáèòü âûáîðó øàðîâ èç óðíû. Ïðè îòáîðå áåç âîçâðàùåíèÿ øàðû âûáèðàþòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî è â óðíó íå âîçâðàùàþòñÿ. Ïðè îòáîðå ñ âîçâðàùåíèåì øàð âûíèìàåòñÿ èç óðíû, çàïîìèíàåòñÿ åãî íîìåð, à äàëåå øàð âîçâðàùàåòñÿ îáðàòíî â óðíó. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïîñëåäóþùèõ îòáîðàõ îí ñíîâà ìîæåò áûòü èçâëå÷åí. Îáû÷íî îñóùåñòâëÿþòñÿ áåñïîâòîðíûå âûáîðêè, íî áëàãîäàðÿ áîëüøîìó (áåñêîíå÷íîìó) îáúåìó ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè âåäóòñÿ ðàñ÷åòû è äåëàþòñÿ âûâîäû, ñïðàâåäëèâûå ëèøü äëÿ ïîâòîðíûõ âûáîðîê. Òèïû îòáîðà (ïðîäîëæåíèå) 2 Âûáîð ñëó÷àéíûé, ò.å. ïðîâîäèìûé ñ ïîìîùüþ êàêîãî-ëèáî ñëó÷àéíîãî ìåõàíèçìà, è íåñëó÷àéíûé (ïðèñòðàñòíûé, ïî çàêîíîìåðíîñòè).  ñòàòèñòèêå ïðèìåíÿåòñÿ â îñíîâíîì ñëó÷àéíûé âûáîð êàê áîëåå íàäåæíûé â îòðàæåíèè ñâîéñòâ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 32 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.12. Ïðîñòûì ñëó÷àéíûì îòáîðîì íàçûâàåòñÿ îòáîð, óäîâëåòâîðÿþùèé ñëåäóþùèì òðåáîâàíèÿì: 1 Îòáîð ÿâëÿåòñÿ ñëó÷àéíûì. 2 Êàæäûé ýëåìåíò ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ìîæåò áûòü âûáðàí. 3 Êàæäûé ýëåìåíò âûáèðàåòñÿ íåçàâèñèìî îò îñòàëüíûõ. 4 Âñå ýëåìåíòû âûáîðêè ïîëó÷àþòñÿ â ðàâíûõ óñëîâèÿõ. åàëüíî òàêîé âûáîð ìîæíî îñóùåñòâèòü íà îñíîâå óðíîâîé ñõåìû èç êîíå÷íîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè, ïåðåíóìåðîâàâ âñå åå ýëåìåíòû, à çàòåì âûáèðàÿ íîìåðà ñ ïîìîùüþ êàêîãî-ëèáî ñëó÷àéíîãî ìåõàíèçìà: âûáîð êàðòî÷åê èç êîëîäû, ÷èñåë èç òàáëèöû ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåííûõ ñëó÷àéíûõ ÷èñåë, îäèíàêîâûõ øàðîâ èç áàðàáàíà è ò. ä. (âûáîð áåç âîçâðàùåíèÿ èëè ñ âîçâðàùåíèåì). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 33 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 3.2. Íàïðèìåð, âñå ýëåìåíòû ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè íóìåðóþòñÿ è èç òàáëèöû ñëó÷àéíûõ ÷èñåë áåðóò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ëþáûõ 30-òè èäóùèõ ïîäðÿä ÷èñåë. Ýëåìåíòû ñ âûïàâøèìè íîìåðàìè è âõîäÿò â âûáîðêó. Òàê ìîæíî âûáèðàòü êîëëåêòèâû ëþäåé ïî ïåðå÷íþ äëÿ îáñëåäîâàíèÿ, àâòîìàøèíû ïàðòèè äëÿ èñïûòàíèÿ, øòóêè òîâàðà èç ïàðòèè äëÿ êîíòðîëÿ è ò.ä.  ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ïðîñòîé ñëó÷àéíûé âûáîð íå âñåãäà îñóùåñòâèì. Îí ÿâëÿåòñÿ êàê áû ýòàëîííûì èäåàëüíûì âûáîðîì. åàëüíûé âûáîð ëèøü ïðèáëèæåííî ìîæíî ñ÷èòàòü ïðîñòûì ñëó÷àéíûì. Åãî íåëüçÿ, íàïðèìåð, îñóùåñòâèòü èç áåñêîíå÷íîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè (âðåìÿ îáñëóæèâàíèÿ, îòêëîíåíèå ðåçóëüòàòà èçìåðåíèÿ îò íîðìû), èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè, îáðàçîâàíèå êîòîðîé íå çàâåðøåíî è ìîæåò ïðîäîëæàòüñÿ áåñêîíå÷íî äîëãî (èññëåäóåòñÿ ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà èþëÿ â ãîðîäå). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 34 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ñïîñîáû îòáîðà 1 Ìåõàíè÷åñêèé âûáîð  ýòîì ñëó÷àå ýëåìåíòû ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè âûáèðàþòñÿ ïî êàêîéëèáî çàêîíîìåðíîñòè. Íàïðèìåð, èçìåðåíèÿ ïðîèçâîäÿòñÿ ÷åðåç ðàâíûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè, êîíòðîëèðóåòñÿ êàæäàÿ äåñÿòàÿ äåòàëü, ñõîäÿùàÿ ñ êîíâåéåðà, êàæäûé ïÿòûé ÷åëîâåê ïî ñïèñêó. Ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ àâòîìàòèçèðîâàííîãî êîíòðîëÿ. Ñïîñîáû îòáîðà (ïðîäîëæåíèå) 2 Ñåðèéíûé âûáîð Ýëåìåíòû â ýòîì ñëó÷àå âûáèðàþòñÿ íå ïî îäíîìó, à ñåðèÿìè.  âûáîðêó ïîäáèðàþòñÿ ýêçåìïëÿðû, ïðîèçâåäåííûå íà êàêîì-òî ïðîèçâîäñòâå â îïðåäåëåííûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè. Íàïðèìåð, êîíòðîëþ ïîäâåðãàåòñÿ íå îäíà òàáëåòêà ëåêàðñòâà, à óïàêîâêà, íå îäèí ÷åëîâåê èç êàêîé-ëèáî ãðóïïû, à âñÿ ãðóïïû. Äèêòóåòñÿ óñëîâèÿìè ïðîèçâîäñòâà è îáñëåäîâàíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 35 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ñïîñîáû îòáîðà (ïðîäîëæåíèå) 3 Òèïè÷åñêèé îòáîð Òàêîé îòáîð ïðîèçâîäèòñÿ â òîì ñëó÷àå, åñëè Ñ ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå îáúåäèíåíèÿ ïîäìíîæåñòâ, îáúåêòû êîòîðûõ îäíîðîäíû ïî êàêîìó-òî ïðèçíàêó, õîòÿ âñÿ ñîâîêóïíîñòü òàêîé îäíîðîäíîñòè íå èìååò (ïàðòèÿ òîâàðà ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ ãðóïï, ïðîèçâåäåííûõ íà ðàçíûõ ïðåäïðèÿòèÿõ).  ýòîì ñëó÷àå Ñ äåëèòñÿ íà íåïåðåñåêàþùèåñÿ ÷àñòè. Èç êàæäîé ÷àñòè ñ ïîìîùüþ ïðîñòîãî ñëó÷àéíîãî îòáîðà âûáèðàþòñÿ ýëåìåíòû â êîëè÷åñòâå, ïðîïîðöèîíàëüíîì îáúåìó ÷àñòè, è â âûáîðêó îáúåäèíÿþòñÿ âñå ïîëó÷åííûå îáúåêòû. Òàê ìîæíî ïîëó÷èòü ñâåäåíèÿ î ñðåäíåé çàðïëàòå â îòðàñëè, îá óðîæàéíîñòè ïîëÿ, î ïîëèòè÷åñêèõ ïðåäïî÷òåíèÿõ ëþäåé. Õàðàêòåðåí äëÿ ýêîí. è ñîö. èññë.! Ñïîñîáû îòáîðà (ïðîäîëæåíèå) 4 Ñóáúåêòèâíûé âûáîð Îñóùåñòâëÿåòñÿ íà îñíîâå êàêîãî-ëèáî ñóáúåêòèâíîãî ïðèíöèïà. Íàïðèìåð, àíàëèç íå âñåõ ïàðòèé ïðîäóêöèè, à ëèøü íàèáîëåå ïîäîçðèòåëüíîé íà ñîäåðæàíèå áðàêà; îïðîñ ïî òåëåîíó ÷àñòè, à íå âñåõ ñëîåâ íàñåëåíèÿ. Ýêîíîìèÿ âðåìåíè, ñðåäñòâ, íî âîçìîæíû îøèáêè! È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 36 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ñïîñîáû îòáîðà (ïðîäîëæåíèå) 5 Âûáîð ñ ïîìîùüþ ñëó÷àéíûõ íåçàâèñèìûõ èçìåðåíèé (òåìïåðàòóðà ñðåäû, âåëè÷èíà òîêà, çàãðÿçíåííîñòü ðåêè). Õàðàêòåðåí äëÿ èíæåíåðíûõ è åñòåñòâåííîíàó÷íûõ èññëåäîâàíèé. !!! Âñå òèïû âûáîðîâ ìîãóò êîìáèíèðîâàòüñÿ ìåæäó ñîáîé. Ñóùåñòâóþò è äðóãèå òèïû âûáîðîâ.  ÌÑ ðàññìàòðèâàåòñÿ òîëüêî ïðîñòîé ñëó÷àéíûé âûáîð. Îòìåòèì îäíî åãî âàæíîå ñâîéñòâî  ñëó÷àéíîñòü (ðàíäîìèçèðîâàííîñòü). Ñëó÷àéíûé âûáîð îáúåêòèâåí, ãàðàíòèðóåò îò ïðîïóñêà ñêðûòûõ çàêîíîìåðíîñòåé â Ñ, ïîýòîìó ðåàëüíûé âûáîð ñëåäóåò îðãàíèçîâûâàòü òàê, ÷òîáû ñâîéñòâî ñëó÷àéíîñòè ïðèñóòñòâîâàëî.  ìåõàíè÷åñêîì è ñóáúåêòèâíîì âûáîðàõ ñëó÷àéíîñòü îòñóòñòâóåò, ïîýòîìó îíè ìåíåå íàäåæíû. Íàïðèìåð, êàæäàÿ äåñÿòàÿ äåòàëü, ñíèìàåìàÿ ñ êîíâåéåðà ìîæåò èçãîòàâëÿòüñÿ áðàêîäåëîì. Òàêîé êîíòðîëü ìîæåò èñêàçèòü ðåçóëüòàòû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 37 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.13.  äàëüíåéøåì ïîä Ñ áóäåì ïîäðàçóìåâàòü íå ñàìî ìíîæåñòâî îáúåêòîâ, à ìíîæåñòâî çíà÷åíèé ÑÂ, ïðèíèìàþùåé ÷èñëîâîå çíà÷åíèå íà êàæäîì èç îáúåêòîâ.  äåéñòâèòåëüíîñòè Ñ êàê ìíîæåñòâà îáúåêòîâ ìîæåò è íå ñóùåñòâîâàòü. Íàïðèìåð, èìååò ñìûñë ãîâîðèòü î ìíîæåñòâå äåòàëåé, êîòîðûå ìîæíî ïðîèçâåñòè, èñïîëüçóÿ äàííûé òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ. Èñïîëüçóÿ êàêèå-òî èçâåñòíûå íàì õàðàêòåðèñòèêè äàííîãî ïðîöåññà, ìû ìîæåì îöåíèâàòü ïàðàìåòðû ýòîãî íåñóùåñòâóþùåãî ìíîæåñòâà äåòàëåé. Îïðåäåëåíèå 3.14. Ïàðàìåòðû Ñ åñòü ïîñòîÿííûå âåëè÷èíû, à âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè (ñòàòèñòèêè)  ÑÂ. Ïðèìåð 3.3. àçìåð äåòàëè  ýòî Ñ X , çíà÷åíèå êîòîðîé îïðåäåëÿåòñÿ âîçäåéñòâèåì ìíîæåñòâà àêòîðîâ. ×òîáû âû÷èñëèòü âåðîÿòíîñòü, ñ êîòîðîé ýòà Ñ ïðèíèìàåò íåêîòîðîå çíà÷åíèå, íåîáõîäèìî çíàòü çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ýòîé ÑÂ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 38 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Èòàê, îòâëåêàÿñü îò ïîíÿòèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè êàê ìíîæåñòâà îáúåêòîâ, îáëàäàþùèõ íåêîòîðûì ïðèçíàêîì, áóäåì ðàññìàòðèâàòü ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü êàê ñëó÷àéíóþ âåëè÷èíó X , íàáëþäàåìóþ â ñëó÷àéíîì ýêñïåðèìåíòå. Çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x) ÷àñòè÷íî èëè ïîëíîñòüþ íåèçâåñòåí. Ïàðàìåòðû ýòîé Ñ îïðåäåëÿþòñÿ ñ ïîìîùüþ âûáîðî÷íîãî ìåòîäà. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî âåðîÿòíîñòíîå ïðîñòðàíñòâî çàäàíî. àññìîòðèì âûáîðêó îáúåìà n, ïðåäñòàâëÿþùóþ äàííóþ ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü. Ïåðâîå âûáîðî÷íîå çíà÷åíèå x1 áóäåì ðàññìàòðèâàòü êàê ðåàëèçàöèþ, êàê îäíî èç âîçìîæíûõ çíà÷åíèé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X1 , èìåþùåé òîò æå çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ñ òåìè æå ïàðàìåòðàìè, ÷òî è ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà X . Âòîðîå âûáîðî÷íîå çíà÷åíèå x2  îäíî èç âîçìîæíûõ çíà÷åíèé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X2 ñ òåì æå çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ, ÷òî è ñëó÷àéíà âåëè÷èíà X . Òî æå ñàìîå ìîæíî ñêàçàòü î çíà÷åíèÿõ x3 , x4 , ..., xn . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 39 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Òàêèì îáðàçîì íà âûáîðêó áóäåì ñìîòðåòü êàê íà ñîâîêóïíîñòü íåçàâèñèìûõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí X1 , X2 , ..., Xn , ðàñïðåäåëåííûõ òàê æå, êàê è ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà X , ïðåäñòàâëÿþùàÿ ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü. Âûáîðî÷íûå çíà÷åíèÿ x1 , x2 , ..., xn  ýòî çíà÷åíèÿ, êîòîðûå ïðèíÿëè ýòè ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû â ðåçóëüòàòå 1-ãî, 2-ãî, ..., n-ãî ýêñïåðèìåíòà.  ñåðèè óæå ïðîèçâåäåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ âûáîðêà  ýòî íàáîð ÷èñåë. Íî åñëè ýòó ñåðèþ ýêñïåðèìåíòîâ ïîâòîðèòü åùå ðàç, òî âìåñòî ýòîãî íàáîðà ìû ïîëó÷èì íîâûé íàáîð ÷èñåë. Âìåñòî ÷èñëà x1 ïîÿâèòñÿ äðóãîå ÷èñëî  îäíî èç âîçìîæíûõ çíà÷åíèé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X . Òî åñòü X1 (è X2 , è X3 , è ò.ä.)  ïåðåìåííàÿ âåëè÷èíà, êîòîðàÿ ìîæåò ïðèíèìàòü òå æå çíà÷åíèÿ, ÷òî è ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà X , è òàê æå ÷àñòî (ñ òåìè æå âåðîÿòíîñòÿìè). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 40 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Äî òîãî êàê ýêñïåðèìåíò ïðîâåäåí, èìååò ñìûñë ñ÷èòàòü âûáîðêó íàáîðîì ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí, íåçàâèñèìûõ è ðàñïðåäåëåííûõ òàê æå, êàê X . Äåéñòâèòåëüíî, äî ïðîâåäåíèÿ îïûòîâ ìû íå ìîæåì ñêàçàòü, êàêèå çíà÷åíèÿ ïðèìóò ýëåìåíòû âûáîðêè: ýòî áóäóò êàêèå-òî èç çíà÷åíèé Ñ X . Ïîýòîìó èìååò ñìûñë ñ÷èòàòü, ÷òî äî îïûòà Xi  ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà, îäèíàêîâî ðàñïðåäåëåííàÿ ñ X , à ïîñëå îïûòà  ÷èñëî, êîòîðîå ìû íàáëþäàåì â i-ì ïî ñ÷åòó ýêñïåðèìåíòå, ò.å. îäíî èç âîçìîæíûõ çíà÷åíèé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû Xi . àññìîòðèì ïîñëåäíåå ñâîéñòâî ïðîñòîãî ñëó÷àéíîãî âûáîðà  î òîì, ÷òî âñå ýëåìåíòû âûáîðêè ïîëó÷àþòñÿ â ðàâíûõ óñëîâèÿõ. Ýòî ñâîéñòâî ìîæíî âûðàçèòü, ââåäÿ Ñ X ∗ , ïðèíèìàþùóþ âûáîðî÷íûå çíà÷åíèÿ x1 , x2 , ..., xn ñ îäíîé è òîé æå âåðîÿòíîñòüþ 1/n. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 41 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.15. Äèñêðåòíîå ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå ñ çàêîíîì, çàäàííûì îðìóëîé  P X ∗ = xk = 1/n, k = 1, 2, ..., n, (3.1) íàçûâàåòñÿ âûáîðî÷íûì ðàñïðåäåëåíèåì, à åãî ÷èñëîâûå õàðàêòåðèñòèêè  âûáîðî÷íûìè ÷èñëîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè (èíà÷å  ÷èñëîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè âûáîðêè). Ê âûáîðêàì, êàê è ê âûáîðó, ïðåäúÿâëÿåòñÿ ðÿä òðåáîâàíèé. Âàæíåéøèì èç íèõ ÿâëÿåòñÿ òðåáîâàíèå ðåïðåçåíòàòèâíîñòè (ïðåäñòàâèòåëüíîñòè). Ýòî òðåáîâàíèå îçíà÷àåò, ÷òî âûáîðêà äîëæíà äîñòàòî÷íî ïîëíî îòðàæàòü îñîáåííîñòè âñåõ îáúåêòîâ Ñ. Íàïðèìåð, èçó÷àÿ ñðåäíþþ çàðïëàòó îòðàñëè, íåëüçÿ îãðàíè÷èòüñÿ äàííûìè îäíîãî çàâîäà, îäíîãî ìåñÿöà è ò.ä. Äëÿ ñîñòàâëåíèÿ ðåïðåçåíòàòèâíîé âûáîðêè áîëåå âñåãî ïîäõîäèò òèïè÷åñêèé âûáîð. Ïðîñòîé ñëó÷àéíûé âûáîð òîæå ðåïðåçåíòàòèâåí, ò.ê. òåîðåòè÷åñêè ëþáîé ýëåìåíò Ñ ìîæåò ïîïàñòü â âûáîðêó, íî ìåíåå íàäåæåí, ÷åì òèïè÷åñêèé, òàê êàê â ñèëó íåçàâèñèìîñòè è ñëó÷àéíîñòè âûáîðà ýëåìåíòîâ âîçìîæíà èõ êîíöåíòðàöèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, íåäîñòàòî÷íî ïðåäñòàâèòåëüíûé îõâàò Ñ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 42 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Äðóãèì òðåáîâàíèåì ÿâëÿåòñÿ òðåáîâàíèå îäíîðîäíîñòè âûáîðêè. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî óñëîâèÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûáîðêè íå äîëæíû ìåíÿòüñÿ. Âûáîðêà äîëæíà áûòü ïîëó÷åíà èç îäíîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè, à íå èç íåñêîëüêèõ.  íåé äîëæíû îòñóòñòâîâàòü âûáðîñû. Íåîäíîðîäíàÿ âûáîðêà íå ìîæåò äàòü ïðàâèëüíîãî ïðîãíîçà. Îïðåäåëåíèå 3.16. Îäíîðîäíîé âûáîðêîé (âûáîðêîé) X = {X1 , ..., Xn } îáúåìà n èç ðàñïðåäåëåíèÿ FX íàçûâàåòñÿ íàáîð èç n íåçàâèñèìûõ è îäèíàêîâî ðàñïðåäåëåííûõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí ("êîïèé X "), èìåþùèõ, êàê è X , ðàñïðåäåëåíèå F . Îïðåäåëåíèå 3.17. Åñëè êîìïîíåíòû âåêòîðà X íåçàâèñèìû, íî èõ ðàñïðåäåëåíèÿ F1 (x1 ), ..., Fn (xn ) ðàçëè÷íû, òî òàêóþ âûáîðêó íàçûâàþò íåîäíîðîäíîé. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 43 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ âûáîðêè äëÿ îäíîðîäíûõ âûáîðîê èìååò âèä FX (x1 , x2 , ..., xn ) = FX (x1 ) FX (x2 ) ... FX (xn ) = n Y FX (xi ), i=1 à äëÿ íåîäíîðîäíûõ  FX (x1 , x2 , ..., xn ) = FX1 (x1 ) FX2 (x2 ) ... FXn (xn ) = n Y FXi (xi ). i=1 àçëè÷àþòñÿ ìàëûå è áîëüøèå âûáîðêè, òàê êàê îíè îòëè÷àþòñÿ ìåòîäàìè îáðàáîòêè. Äëÿ îáðàáîòêè áîëüøîé âûáîðêè ïðèâëåêàþòñÿ àñèìïòîòè÷åñêèå ìåòîäû, îñíîâàííûå íà öåíòðàëüíîé ïðåäåëüíîé òåîðåìå.  ñòàòèñòè÷åñêîé ïðàêòèêå ïðèíÿòî ñ÷èòàòü âûáîðêó ñ îáúåìîì n > 30 áîëüøîé. Äëÿ èçó÷åíèÿ äâóìåðíîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû (X, Y ) ñîçäàåòñÿ äâóìåðíàÿ âûáîðêà, ïðåäñòàâëÿþùàÿ òàáëèöó ïàð ÷èñåë (xi , yi ), i = 1, 2, ... , n. Ñóùåñòâóþò âûáîðêè ëþáîé ðàçìåðíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 44 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.18. Ìíîæåñòâî âîçìîæíûõ çíà÷åíèé, êîòîðûå ìîãóò íàáëþäàòüñÿ â ýêñïåðèìåíòå, îáðàçóþò âûáîðî÷íîå ïðîñòðàíñòâî S. Îïðåäåëåíèå 3.19. Ëþáàÿ óíêöèÿ ðåçóëüòàòîâ îïûòîâ, êîòîðàÿ íå çàâèñèò îò íåèçâåñòíûõ ñòàòèñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, íàçûâàåòñÿ ñòàòèñòèêîé. ×òî çíà÷èò "ïî âûáîðêå ñäåëàòü âûâîä î ðàñïðåäåëåíèè"? àñïðåäåëåíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ, èëè òàáëèöåé, íàáîðîì  ïëîòíîñòüþ  ÷èñëîâûõ õàðàêòåðèñòèê  mX , DX , X k è ò.ä. Ïî âûáîðêå íóæíî óìåòü ñòðîèòü ïðèáëèæåíèÿ äëÿ âñåõ ýòèõ õàðàêòåðèñòèê. E  ñàìîì îáùåì ñìûñëå ñòàòèñòè÷åñêîå îöåíèâàíèå ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèÿ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ñîâîêóïíîñòü ìåòîäîâ, ïîçâîëÿþùèõ äåëàòü íàó÷íî îáîñíîâàííûå âûâîäû î ÷èñëîâûõ ïàðàìåòðàõ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ïî ñëó÷àéíîé âûáîðêå èç íåå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 45 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Çàäà÷à ñòàòèñòè÷åñêîé îöåíêè ïàðàìåòðîâ â îáùåì âèäå Ïóñòü X  ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà, ïîä÷èíåííàÿ çàêîíó ðàñïðåäåëåíèÿ F (x; θ), ãäå θ  ïàðàìåòð ðàñïðåäåëåíèÿ, ÷èñëîâîå çíà÷åíèå êîòîðîãî íåèçâåñòíî. Èññëåäîâàòü âñå ýëåìåíòû ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè äëÿ âû÷èñëåíèÿ ïàðàìåòðà θ íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì, ïîýòîìó î äàííîì ïàðàìåòðå ïûòàþòñÿ ñóäèòü ïî âûáîðêàì èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. Îïðåäåëåíèå 3.20. Âñÿêóþ îäíîçíà÷íî îïðåäåëåííóþ óíêöèþ ðåçóëüòàòîâ íàáëþäåíèé, ñ ïîìîùüþ êîòîðîé ñóäÿò î çíà÷åíèè ïàðàìåòðà θ, íàçûâàþò ñòàòèñòèêîé ïàðàìåòðà θ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 46 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.21. Îöåíêîé θb ñòàòèñòè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêè θ íàçûâàåòñÿ ñòàòèñòèêà, ðåàëèçàöèÿ êîòîðîé, ïîëó÷åííàÿ â ðåçóëüòàòå îïûòîâ, ïðèíèìàåòñÿ çà íåèçâåñòíîå èñòèííîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà θ. àññìîòðèì íåêîòîðîå ìíîæåñòâî âûáîðîê îáúåìîì n êàæäàÿ. Îöåíêó ïàðàìåòðà θ, âû÷èñëåííóþ ïî i-é âûáîðêå, îáîçíà÷èì ÷åðåç θbi . Òàê êàê ñîñòàâ âûáîðêè ñëó÷àåí, òî ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî θbi ïðèìåò íåèçâåñòíîå çàðàíåå ÷èñëîâîå çíà÷åíèå, ò.å. ÿâëÿåòñÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíîé. Èçâåñòíî, ÷òî ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ è ÷èñëîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ñëåäîâàòåëüíî, è âûáîðî÷íóþ îöåíêó òàêæå ìîæíî îïèñûâàòü çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ è ÷èñëîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Îñíîâíàÿ çàäà÷à òåîðèè îöåíèâàíèÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû ïðîèçâåñòè âûáîð îöåíêè θbi ïàðàìåòðà θ, ïîçâîëÿþùåé ïîëó÷èòü õîðîøåå ïðèáëèæåíèå îöåíèâàåìîãî ïàðàìåòðà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 47 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Íà ïðàêòèêå ïðè èññëåäîâàíèè êîíêðåòíîãî ýêñïåðèìåíòà ðàñïðåäåëåíèÿ FX1 (x1 ), ..., FXn (xn ) Ñ X1 ,..., Xn ðåäêî áûâàþò èçâåñòíû ïîëíîñòüþ. ×àñòî àïðèîðè (äî îïûòà) ìîæíî ëèøü óòâåðæäàòü, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå FX (x) ñëó÷àéíîãî âåêòîðà X ïðèíàäëåæèò íåêîòîðîìó êëàññó (ñåìåéñòâó) F . Îïðåäåëåíèå 3.22. Ïàðà {S, F } íàçûâàåòñÿ ñòàòèñòè÷åñêîé ìîäåëüþ îïèñàíèÿ ñåðèè îïûòîâ, ïîðîæäàþùèõ âûáîðêó X . Îïðåäåëåíèå 3.23. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ìîäåëü  ýòî ñîâîêóïíîñòü äîïóùåíèé, ëåæàùèõ â îñíîâå ñòàòèñòè÷åñêîãî òåñòà è îòíîñÿùèõñÿ: 1 ê îðìå äàííûõ; 2 ê õàðàêòåðó ïåðåìåííûõ; 3 ê ïðèðîäå âûáîðêè; 4 ê ïðèðîäå ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè, èç êîòîðîé áûëà ïîëó÷åíà âûáîðêà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 48 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Óñëîâíî ìàòåìàòè÷åñêóþ ñòàòèñòèêó ìîæíî ïîäðàçäåëèòü íà èññëåäîâàíèå áàéåñîâñêèõ è íåáàéåñîâñêèõ ìîäåëåé. Îïðåäåëåíèå 3.24. Áàéåñîâñêèå ìîäåëè âîçíèêàþò òîãäà, êîãäà íåèçâåñòíûé ïàðàìåòð ÿâëÿåòñÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíîé è èìååòñÿ àïðèîðíàÿ èíîðìàöèÿ î åãî ðàñïðåäåëåíèè. Ïðè áàéåñîâñêîì ïîäõîäå íà îñíîâå îïûòíûõ äàííûõ àïðèîðíûå âåðîÿòíîñòè ïåðåñ÷èòûâàþòñÿ â àïîñòåðèîðíûå. Ïðèìåíåíèå áàéåñîâñêîãî ïîäõîäà àêòè÷åñêè ñâîäèòñÿ ê èñïîëüçîâàíèþ îðìóëû Áàéåñà, îòêóäà, ñîáñòâåííî ãîâîðÿ, è ïîøëî åãî íàçâàíèå. Îïðåäåëåíèå 3.25. Íåáàéåñîâñêèå ìîäåëè ïîÿâëÿþòñÿ òîãäà, êîãäà íåèçâåñòíûé ïàðàìåòð íåëüçÿ ñ÷èòàòü ñëó÷àéíîé âåëè÷èíîé è âñå ñòàòèñòè÷åñêèå âûâîäû ïðèõîäèòñÿ äåëàòü, îïèðàÿñü òîëüêî íà ðåçóëüòàòû "ïðîáíûõ" èñïûòàíèé. Èìåííî òàêèå ìîäåëè áóäóò ðàññìàòðèâàòüñÿ äàëåå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 49 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.26. Åñëè ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x; θ) èç êëàññà F îïðåäåëåíû ñ òî÷íîñòüþ äî íåêîòîðîãî âåêòîðíîãî ïàðàìåòðà θ ∈ Θ ⊂ Rs , òî òàêàÿ ñòàòèñòè÷åñêàÿ ìîäåëü íàçûâàåòñÿ ïàðàìåòðè÷åñêîé è îáîçíà÷àåòñÿ {Sθ , FX (x; θ)}, θ ∈ Θ ⊂ Rs . Ïàðàìåòðè÷åñêèå ìîäåëè âîçíèêàþò òîãäà, êîãäà íàì èçâåñòíà ñ òî÷íîñòüþ äî ïàðàìåòðà (ñêàëÿðíîãî èëè âåêòîðíîãî) óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ íàáëþäàåìîé õàðàêòåðèñòèêè è íåîáõîäèìî ïî ðåçóëüòàòàì èñïûòàíèé îïðåäåëèòü ýòîò ïàðàìåòð (çàäà÷à îöåíêè íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà) èëè ïðîâåðèòü ãèïîòåçó î ïðèíàäëåæíîñòè åãî íåêîòîðîìó çàðàíåå âûäåëåííîìó ìíîæåñòâó çíà÷åíèé (çàäà÷à ïðîâåðêè ñòàòèñòè÷åñêèõ ãèïîòåç). Îïðåäåëåíèå 3.27. Åñëè íå ïðåäïîëàãàåòñÿ ïðèíàäëåæíîñòü òåîðåòè÷åñêîé óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x) êàêîìó-ëèáî ïàðàìåòðè÷åñêîìó ñåìåéñòâó, òî îðìóëèðóåòñÿ çàäà÷à îöåíêè íåèçâåñòíûõ õàðàêòåðèñòèê òåîðåòè÷åñêîé óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ â íåïàðàìåòðè÷åñêîé ìîäåëè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 50 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.28. Ïîëó÷åííàÿ â ðåçóëüòàòå ñòàòèñòè÷åñêîãî íàáëþäåíèÿ ðåàëèçàöèÿ âûáîðêè èç n çíà÷åíèé (èëè âàðèàíò) èçó÷àåìîãî êîëè÷åñòâåííîãî ïðèçíàêà (ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû) X îáðàçóåò âàðèàöèîííûé ðÿä. Îïðåäåëåíèå 3.29. àíæèðîâàííûé âàðèàöèîííûé ðÿä ïîëó÷àþò, ðàñïîëîæèâ âàðèàíòû xj , ãäå j = 1, 2, ..., n, â ïîðÿäêå âîçðàñòàíèÿ çíà÷åíèé, òî åñòü x(1) 6 x(2) 6 ... 6 x(j) 6 ... 6 x(n) . Èçó÷àåìûé ïðèçíàê X ìîæåò áûòü äèñêðåòíûì, åñëè åãî çíà÷åíèÿ îòëè÷àþòñÿ íà êîíå÷íóþ, çàðàíåå èçâåñòíóþ âåëè÷èíó (ãîä ðîæäåíèÿ, òàðèíûé ðàçðÿä, ÷èñëî ëþäåé), èëè íåïðåðûâíûì, åñëè åãî çíà÷åíèÿ îòëè÷àþòñÿ íà ñêîëü óãîäíî ìàëóþ âåëè÷èíó (âðåìÿ, âåñ, îáúåì, ñòîèìîñòü). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 51 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.30. ×àñòîòîé mi â ñëó÷àå äèñêðåòíîãî ïðèçíàêà X íàçûâàþò ÷èñëî îäèíàêîâûõ âàðèàíò xi , ñîäåðæàùèõñÿ â âûáîðêå.  ðàíæèðîâàííîì âàðèàöèîííîì ðÿäå îäèíàêîâûå âàðèàíòû î÷åâèäíî ðàñïîëîæåíû ïîäðÿä: n z }| { x1 , x1 , ..., x1 , ..., xi , xi , ..., xi , ..., xk , xk , ..., xk . | {z } | {z } | {z } m1 mi mk Îïðåäåëåíèå 3.31. Âàðèàöèîííûé ðÿä äëÿ äèñêðåòíîãî ïðèçíàêà X ïðèíÿòî íàãëÿäíî è êîìïàêòíî ïðåäñòàâëÿòü â âèäå òàáëèöû, â ïåðâîé ñòðîêå êîòîðîé óêàçàíû k ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé xi (xℓ < xℓ+1 ) èçó÷àåìîãî ïðèçíàêà, à âî âòîðîé ñòðîêå  ñîîòâåòñòâóþùèå ýòèì çíà÷åíèÿì ÷àñòîòû mi , ãäå i = 1, 2, ..., k . Òàêóþ òàáëèöó íàçûâàþò ñòàòèñòè÷åñêèì (âûáîðî÷íûì) ðàñïðåäåëåíèåì. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 52 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 3.4. Ïåðåõîä îò èñõîäíîãî âàðèàöèîííîãî ðÿäà äèñêðåòíîãî ïðèçíàêà X ê ñîîòâåòñòâóþùåìó ñòàòèñòè÷åñêîìó ðàñïðåäåëåíèþ 1°. Âàðèàöèîííûé ðÿä, ïîëó÷åííûé â ðåçóëüòàòå ñòàòèñòè÷åñêîãî íàáëþäåíèÿ (åäèíèöû èçìåðåíèÿ îïóñêàåì): 7, 17, 14, 17, 10, 7, 7, 14, 7, 14 2°. àíæèðîâàííûé âàðèàöèîííûé ðÿä: x(j) : 7, 7, 7, 7, 10 , 14, 14, 14, 17, 17, | {z } | {z } | {z } | {z } m1 =4 m2 =1 m3 =3 j = 1, 2, ..., n, n = 10. m4 =2 3°. Ñîîòâåòñòâóþùåå ñòàòèñòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå (i = 1, 2, ..., k , k = 4): xi 7 10 14 17 mi 4 1 3 2 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 53 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ñòàòèñòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå äëÿ íåïðåðûâíîãî ïðèçíàêà X ïðèíÿòî ïðåäñòàâëÿòü èíòåðâàëüíûì ðÿäîì  òàáëèöåé, â ïåðâîé ñòðîêå êîòîðîé óêàçàíû k ñåãìåíòîâ çíà÷åíèé èçó÷àåìîãî ïðèçíàêà X âèäà [x⋆i−1 , x⋆i ], à âî âòîðîé ñòðîêå  ñîîòâåòñòâóþùèå ýòèì ñåãìåíòàì ÷àñòîòû mi , ãäå i = 1, 2, ..., k . Ïðè ïîïàäàíèè âàðèàíòû íà ãðàíèöó îáû÷íî åå îòíîñÿò ê ëåâîìó ñåãìåíòó. Äëÿ íåïðåðûâíîãî ïðèçíàêà X ÷àñòîòà mi  ÷èñëî ðàçëè÷íûõ xj , ïîïàâøèõ â ñîîòâåòñòâóþùèé èíòåðâàë xj ∈ [x⋆i−1 , x⋆i ]: xH1L xH2L xH3L xH4L x0* m1=4 ... xH jL xH j+1L xH j+2L ... * x1* ... xi-1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) mi =3 xi* * ... xk-1 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà xHn-1L xHnL mk =2 xk* X 54 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îáû÷íî èíòåðâàëû [x⋆i−1 , x⋆i ] âûáèðàþò îäèíàêîâûìè ïî äëèíå: h = x⋆1 − = x⋆2 − x⋆1 = ... = x⋆k − x⋆k−1 . Äëÿ îïðåäåëåíèÿ äëèíû èíòåðâàëà ìîæíî (íî íå îáÿçàòåëüíî!) âîñïîëüçîâàòüñÿ îðìóëîé Ñòåðäæåñà: x⋆0 h= xmax − xmin , 1 + ⌊log2 n⌋ ãäå xmin è xmax  íàèìåíüøåå è íàèáîëüøåå âûáîðî÷íûå çíà÷åíèÿ, k = 1 + ⌊log2 n⌋  ÷èñëî èíòåðâàëîâ. Çà íà÷àëî ïåðâîãî èíòåðâàëà ðåêîìåíäóåòñÿ áðàòü òî÷êó x0 = xmin − h/2. !!! Íå ðåêîìåíäóåòñÿ ïîëüçîâàòüñÿ îðìóëîé Ñòåðäæåñà îðìàëüíî. Êàê ïðàâèëî, êîëè÷åñòâî èíòåðâàëîâ çàâèñèò íå òîëüêî îò îáúåìà âûáîðêè, íî è îò ñóùåñòâà ðåøàåìîé çàäà÷è, à òàêæå æåëàíèÿ êà÷åñòâåííî ïðåäñòàâèòü èìåþùèåñÿ äàííûå. Íàïðèìåð, ïðèâåòñòâóåòñÿ ïðåäñòàâëåíèå ãðàíèö ðàçðÿäîâ â âèäå äåñÿòè÷íûõ ÷èñåë ñ ìèíèìàëüíûì êîëè÷åñòâîì öèð. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 55 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 3.5. Ïåðåõîä îò èñõîäíîãî âàðèàöèîííîãî ðÿäà íåïðåðûâíîãî ïðèçíàêà X ê ñîîòâåòñòâóþùåìó ñòàòèñòè÷åñêîìó ðàñïðåäåëåíèþ 1°. Âàðèàöèîííûé ðÿä, ïîëó÷åííûé â ðåçóëüòàòå ñòàòèñòè÷åñêîãî íàáëþäå- íèÿ (åäèíèöû èçìåðåíèÿ îïóñêàåì): 3,14; 1,41; 2,87; 3,62; 2,71; 3,95 2°. àíæèðîâàííûé âàðèàöèîííûé ðÿä x(j) : 1,41; 2,71; 2,87; 3,14; 3,62; 3,95 ãäå j = 1, 2, ..., n, n = 6. 3°. Ñîîòâåòñòâóþùåå ñòàòèñòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå (i = 1, 2, ..., k , k = 3): [x⋆i−1 , x⋆i ] [1, 2℄ (2, 3℄ (3, 4℄ mi 1 2 3 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 56 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ !!! Åñëè ÷èñëî ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé äèñêðåòíîãî ïðèçíàêà î÷åíü âåëèêî, òî äëÿ óäîáñòâà äàëüíåéøèõ âû÷èñëåíèé è íàãëÿäíîñòè ñòàòèñòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå òàêîãî äèñêðåòíîãî ïðèçíàêà òàêæå ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â âèäå èíòåðâàëüíîãî ðÿäà. Âìåñòî ÷àñòîò mi âî âòîðîé ñòðîêå ìîãóò áûòü óêàçàíû îòíîñèòåëüíûå ÷àñòîòû wi = mi /n. Î÷åâèäíî, ÷òî ñóììà ÷àñòîò ðàâíà îáúåìó âûáîðêè (âûáîðî÷íîé ñîâîêóïíîñòè) n, à ñóììà îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò  åäèíèöå: k X mi = n, i=1 k X i=1 wi = k X mi i=1 n = k 1 X mi = 1. n i=1 Îïðåäåëåíèå 3.32. Åñëè â ñòàòèñòè÷åñêîì ðàñïðåäåëåíèè âìåñòî ÷àñòîò (îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò) óêàçàòü íàêîïëåííûå ÷àñòîòû (îòíîñèòåëüíûå íàêîïëåííûå ÷àñòîòû), òî òàêîé ðÿä ðàñïðåäåëåíèÿ íàçûâàþò êóìóëÿòèâíûì. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 57 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 3.33. Íàêîïëåííîé ÷àñòîòîé íàçûâàåòñÿ ÷èñëî çíà÷åíèé ïðèçíàêà X , ìåíüøèõ çàäàííîãî çíà÷åíèÿ x: X G(x) = mj , xj xk G(x) m1 m1 + m2 ... m1 + ... + mk−1 n È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 58 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïåðåõîä îò èíòåðâàëüíîãî ðÿäà ÷àñòîò ê êóìóëÿòèâíîìó ðÿäó  èíòåðâàëüíîìó ðÿäó íàêîïëåííûõ ÷àñòîò x (−∞, x⋆1 ] (x⋆1 , x⋆2 ] (x⋆2 , x⋆3 ] ... (x⋆k−1 , x⋆k ] (x⋆k , +∞) G(x) m1 m1 + m2 ... m1 + m2 + ... + mk−1 n Îïðåäåëåíèå 3.34. Íàêîïëåííîé îòíîñèòåëüíîé ÷àñòîòîé íàçûâàåòñÿ îòíîøåíèå ÷èñëà çíà÷åíèé ïðèçíàêà X , ìåíüøèõ çàäàííîãî çíà÷åíèÿ x, ê îáúåìó âûáîðêè n: ∗ FX (x) = G(x) , n ò.å. äîëÿ âàðèàíò â âûáîðêå, îòâå÷àþùèõ óñëîâèþ x(j) < x. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 59 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïî àíàëîãèè ñ òåîðåòè÷åñêîé óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè FX (x), êîòîðàÿ îïðåäåëÿåò âåðîÿòíîñòü ñîáûòèÿ {X < x}: FX (x) = ∗ P(X < x), ââîäÿò ïîíÿòèå ýìïèðè÷åñêîé óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x), êîòîðàÿ îïðåäåëÿåò îòíîñèòåëüíóþ ÷àñòîòó ýòîãî æå ñîáûòèÿ {X < x}. Òàêèì îáðàçîì, ýìïèðè÷åñêàÿ óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ çàäàåòñÿ ðÿäîì íàêîïëåííûõ îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò. ∗ Èç òåîðåìû Áåðíóëëè ñëåäóåò, ÷òî FX (x) ñòðåìèòñÿ ïî âåðîÿòíîñòè ê FX (x). Áîëåå òîãî, âåðíà Òåîðåìà 3.1. Ïóñòü X1 , X2 , ..., Xn , ...  áåñêîíå÷íàÿ âûáîðêà èç ðàñïðåäåëåíèÿ, çàäàâàåìîãî óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ F . Ïóñòü F ∗  âûáîðî÷íàÿ óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ, ïîñòðîåííàÿ íà ïåðâûõ n ýëåìåíòàõ âûáîðêè. Òîãäà lim max n→∞ −∞ xmax = x(n) . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 64 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 -4 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) -2 2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 4 6 65 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ 0.20 Это не гистограмма! 0.15 0.10 0.05 0.00 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 66 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ èñòîãðàììà ïîêàçûâàåò: 1 2 çàâèñèìîñòü ÷àñòîòû âñòðå÷àåìîñòè ïðèçíàêà îò ñîîòâåòñòâóþùåãî çíà÷åíèÿ èëè èíòåðâàëà ãðóïïèðîâêè, ìîäó ðàñïðåäåëåíèÿ. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðè ïîìîùè ãèñòîãðàììû îïðåäåëèòü ìîäó, íàäî íàéòè íà íåé ñàìûé âûñîêèé ñòîëáèê. Îí ñîîòâåòñòâóåò òîìó çíà÷åíèþ ïðèçíàêà, êîòîðîå âñòðå÷àåòñÿ ÷àùå äðóãèõ, ò.å. ìîäå.  çàâèñèìîñòè îò õàðàêòåðà ðàñïðåäåëåíèÿ íàèáîëüøóþ âûñîòó ìîãóò èìåòü íåñêîëüêî ñòîëáèêîâ. Òàê, ðàñïðåäåëåíèå ÷àñòî áûâàåò áèìîäàëüíûì. Åñëè ìîäà èìååò òîëüêî îäíî çíà÷åíèå, ðàñïðåäåëåíèå íàçûâàåòñÿ óíèìîäàëüíûì. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 67 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïëîùàäü ãèñòîãðàììû åñòü ñóììà ïëîùàäåé åå ïðÿìîóãîëüíèêîâ: ïëîùàäü ãèñòîãðàììû ÷àñòîò ðàâíà îáúåìó âûáîðêè, à ïëîùàäü ãèñòîãðàììû îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò ðàâíà åäèíèöå.  òåîðèè âåðîÿòíîñòåé ãèñòîãðàììå îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò ñîîòâåòñòâóåò ãðàèê ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé fX (x). Ïîýòîìó ãèñòîãðàììó ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïîäáîðà çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. ×àñòî ãèñòîãðàììà èñïîëüçóåòñÿ è äëÿ ñîïîñòàâëåíèÿ ýìïèðè÷åñêîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïðèçíàêà ñ íîðìàëüíûì (äëÿ ïðîâåðêè ãèïîòåçû î òîì, ÷òî çíà÷åíèÿ äàííîãî ïðèçíàêà ðàñïðåäåëåíû ïî íîðìàëüíîìó çàêîíó). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 68 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 -4 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) -2 2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 4 6 69 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 3.6.  ñëó÷àå äèñêðåòíîãî ðÿäà èñïîëüçîâàòü êóìóëÿíòó äëÿ èçîáðàæåíèÿ ∗ FX (x) è G(x) ìîæíî ëèøü óñëîâíî, äëÿ íàãëÿäíîñòè. Áîëåå êîððåêòíûì ÿâ∗ ëÿåòñÿ èçîáðàæåíèå ýìïèðè÷åñêîé óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x) (à òàêæå G(x)) ïî àíàëîãèè ñ òåîðåòè÷åñêîé óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ äèñêðåòíîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû ñòóïåí÷àòûì ãðàèêîì  îòðåçêàìè ïðÿìûõ, ïàðàëëåëüíûõ îñè àáñöèññ; äëèíû îòðåçêîâ  hi = x⋆i − x⋆i−1 , ðàññòîÿíèÿ îò îòðåçêîâ äî îñè ∗ àáñöèññ  FX (x⋆i ) (èëè G(x⋆i )). Ïðèìåð 3.7. Èìååòñÿ ðàñïðåäåëåíèå 80 ïðåäïðèÿòèé ïî ÷èñëó ðàáîòàþùèõ íà íèõ (÷åë.): xi 150 250 350 450 550 650 750 mi 1 3 7 30 19 15 5 Íàãëÿäíî ïðåäñòàâèòü ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 70 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 3.7.(ïðîäîëæåíèå) Ïðèçíàê X  ÷èñëî ðàáîòàþùèõ (÷åë.) íà ïðåäïðèÿòèè.  äàííîé çàäà÷å ïðèçíàê X ÿâëÿåòñÿ äèñêðåòíûì. Ïîñêîëüêó ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé ïðèçíàêà ñðàâíèòåëüíî íåìíîãî: k = 7,  òî ïðèìåíÿòü èíòåðâàëüíûé ðÿä äëÿ ïðåäñòàâëåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëåíèÿ íåöåëåñîîáðàçíî. Îòñþäà ðÿä ðàñïðåäåëåíèÿ  äèñêðåòíûé. Ïîëèãîí ðàñïðåäåëåíèÿ ÷àñòîò ïðèâåäåí íà ðèñóíêå íèæå. p* 30 20 10 100 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 200 300 400 500 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 600 700 800 71 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 3.8. Äàíî ðàñïðåäåëåíèå 100 ðàáî÷èõ ïî çàòðàòàì âðåìåíè íà îáðàáîòêó îäíîé äåòàëè (ìèí): [x⋆i−1 , x⋆i ] [22, 24℄ (24, 26℄ (26, 28℄ [(28, 30℄ (30, 32℄ (32, 34℄ mi 2 12 34 40 10 2 Ïðåäñòàâèòü ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå, ñîñòàâèòü êóìóëÿíòó ÷àñòîò è ýìïèðè÷åñêóþ óíêöèþ ðàñïðåäåëåíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 72 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 3.8.(ïðîäîëæåíèå) Ïðèçíàê X  çàòðàòû âðåìåíè íà îáðàáîòêó îäíîé äåòàëè (ìèí). Ïðèçíàê X  íåïðåðûâíûé, ñòàòèñòè÷åñêèé ðÿä ðàñïðåäåëåíèÿ  èíòåðâàëüíûé. i 1 2 3 4 5 6 7 [x⋆i−1 , x⋆i ] (−∞, 24℄ (24, 26℄ (26, 28℄ (28, 30℄ (30, 32℄ (32, 34℄ (34,+∞) mi 2 12 34 40 10 2 G(x) 2 14 48 88 98 100 ∗ FX (x) 0,00 0,02 0,14 0,48 0,88 0,98 1,00 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 73 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ 8 6 4 2 -2 -4 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 74 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 75 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ -1.25 to -1 -1.5 to -1.25 1.5 to 1.75 1.25 to 1.5 1. to 1.25 0.5 to 0.75 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 76 / 297 3.2 Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 0.2 0.4 0.6 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 0.8 1.0 77 / 297 3.3. Òèïû ïðèçíàêîâ ðóïïû ïðèçíàêîâ  ñâÿçè ñ âîçìîæíîñòüþ èçìåðåíèÿ âñå ïðèçíàêè ïðèíÿòî äåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû  êîëè÷åñòâåííûå (ÊîÏ) è êà÷åñòâåííûå (ÊàÏ). 1 ÊîÏ ìîãóò áûòü èçìåðåíû äëÿ êàæäîãî îáúåêòà ÷èñëîì. 2 ÊàÏ íå ìîãóò áûòü èçìåðåíû êîëè÷åñòâåííî (âûðàæåíû ÷èñëîì) äëÿ êàæäîãî îáúåêòà, îíè óêàçûâàþò (êàê ïðàâèëî â òåêñòîâîé îðìå) êàòåãîðèþ, ê êîòîðîé îòíîñèòñÿ òîò èëè èíîé îáúåêò. 3 Íàèáîëåå ÷àñòî â ñòàòèñòèêå èñïîëüçóþòñÿ ÊîÏ (âîçðàñò, äîõîä è ò.ï.). 4 Ñ ÊîÏ äîïóñòèìû âñå àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè, èìåííî äëÿ íèõ ðàçðàáîòàíî áîëüøèíñòâî ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. 5 Îäíàêî ÊàÏ òàêæå äîïóñêàþò èçìåðåíèå: ìîæíî ïîäñ÷èòàòü êîëè÷åñòâî îáúåêòîâ, ïîïàäàþùèõ â òó èëè èíóþ êàòåãîðèþ äàííîãî ïðèçíàêà; äîëþ ýòîé êàòåãîðèè â ñîâîêóïíîñòè, ò.å. îòíîñèòåëüíóþ ÷àñòîòó. 6 Òàê íà óðîâíå ñîâîêóïíîñòè ïðîèñõîäèò "ïðåâðàùåíèå" êà÷åñòâà â êîë-âî: äëÿ ãðóïïû ëþäåé ìîæíî ïîäñ÷èòàòü ÷èñëî ñòóäåíòîâ ñðåäè íèõ, à ýòî óæå ÊîÏ, ñ êîòîðûì ìîæíî âûïîëíÿòü àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè òî÷íî òàê æå, íàïðèìåð, êàê ñî ñðåäíèì âîçðàñòîì â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 78 / 297 3.3. Òèïû ïðèçíàêîâ ðóïïû ïðèçíàêîâ  ñâÿçè ñ âîçìîæíîñòüþ èçìåðåíèÿ âñå ïðèçíàêè ïðèíÿòî äåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû  êîëè÷åñòâåííûå (ÊîÏ) è êà÷åñòâåííûå (ÊàÏ). 1 ÊîÏ ìîãóò áûòü èçìåðåíû äëÿ êàæäîãî îáúåêòà ÷èñëîì. 2 ÊàÏ íå ìîãóò áûòü èçìåðåíû êîëè÷åñòâåííî (âûðàæåíû ÷èñëîì) äëÿ êàæäîãî îáúåêòà, îíè óêàçûâàþò (êàê ïðàâèëî â òåêñòîâîé îðìå) êàòåãîðèþ, ê êîòîðîé îòíîñèòñÿ òîò èëè èíîé îáúåêò. 3 Íàèáîëåå ÷àñòî â ñòàòèñòèêå èñïîëüçóþòñÿ ÊîÏ (âîçðàñò, äîõîä è ò.ï.). 4 Ñ ÊîÏ äîïóñòèìû âñå àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè, èìåííî äëÿ íèõ ðàçðàáîòàíî áîëüøèíñòâî ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. 5 Îäíàêî ÊàÏ òàêæå äîïóñêàþò èçìåðåíèå: ìîæíî ïîäñ÷èòàòü êîëè÷åñòâî îáúåêòîâ, ïîïàäàþùèõ â òó èëè èíóþ êàòåãîðèþ äàííîãî ïðèçíàêà; äîëþ ýòîé êàòåãîðèè â ñîâîêóïíîñòè, ò.å. îòíîñèòåëüíóþ ÷àñòîòó. 6 Òàê íà óðîâíå ñîâîêóïíîñòè ïðîèñõîäèò "ïðåâðàùåíèå" êà÷åñòâà â êîë-âî: äëÿ ãðóïïû ëþäåé ìîæíî ïîäñ÷èòàòü ÷èñëî ñòóäåíòîâ ñðåäè íèõ, à ýòî óæå ÊîÏ, ñ êîòîðûì ìîæíî âûïîëíÿòü àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè òî÷íî òàê æå, íàïðèìåð, êàê ñî ñðåäíèì âîçðàñòîì â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 78 / 297 3.3. Òèïû ïðèçíàêîâ ðóïïû ïðèçíàêîâ  ñâÿçè ñ âîçìîæíîñòüþ èçìåðåíèÿ âñå ïðèçíàêè ïðèíÿòî äåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû  êîëè÷åñòâåííûå (ÊîÏ) è êà÷åñòâåííûå (ÊàÏ). 1 ÊîÏ ìîãóò áûòü èçìåðåíû äëÿ êàæäîãî îáúåêòà ÷èñëîì. 2 ÊàÏ íå ìîãóò áûòü èçìåðåíû êîëè÷åñòâåííî (âûðàæåíû ÷èñëîì) äëÿ êàæäîãî îáúåêòà, îíè óêàçûâàþò (êàê ïðàâèëî â òåêñòîâîé îðìå) êàòåãîðèþ, ê êîòîðîé îòíîñèòñÿ òîò èëè èíîé îáúåêò. 3 Íàèáîëåå ÷àñòî â ñòàòèñòèêå èñïîëüçóþòñÿ ÊîÏ (âîçðàñò, äîõîä è ò.ï.). 4 Ñ ÊîÏ äîïóñòèìû âñå àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè, èìåííî äëÿ íèõ ðàçðàáîòàíî áîëüøèíñòâî ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. 5 Îäíàêî ÊàÏ òàêæå äîïóñêàþò èçìåðåíèå: ìîæíî ïîäñ÷èòàòü êîëè÷åñòâî îáúåêòîâ, ïîïàäàþùèõ â òó èëè èíóþ êàòåãîðèþ äàííîãî ïðèçíàêà; äîëþ ýòîé êàòåãîðèè â ñîâîêóïíîñòè, ò.å. îòíîñèòåëüíóþ ÷àñòîòó. 6 Òàê íà óðîâíå ñîâîêóïíîñòè ïðîèñõîäèò "ïðåâðàùåíèå" êà÷åñòâà â êîë-âî: äëÿ ãðóïïû ëþäåé ìîæíî ïîäñ÷èòàòü ÷èñëî ñòóäåíòîâ ñðåäè íèõ, à ýòî óæå ÊîÏ, ñ êîòîðûì ìîæíî âûïîëíÿòü àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè òî÷íî òàê æå, íàïðèìåð, êàê ñî ñðåäíèì âîçðàñòîì â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 78 / 297 3.3. Òèïû ïðèçíàêîâ ðóïïû ïðèçíàêîâ  ñâÿçè ñ âîçìîæíîñòüþ èçìåðåíèÿ âñå ïðèçíàêè ïðèíÿòî äåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû  êîëè÷åñòâåííûå (ÊîÏ) è êà÷åñòâåííûå (ÊàÏ). 1 ÊîÏ ìîãóò áûòü èçìåðåíû äëÿ êàæäîãî îáúåêòà ÷èñëîì. 2 ÊàÏ íå ìîãóò áûòü èçìåðåíû êîëè÷åñòâåííî (âûðàæåíû ÷èñëîì) äëÿ êàæäîãî îáúåêòà, îíè óêàçûâàþò (êàê ïðàâèëî â òåêñòîâîé îðìå) êàòåãîðèþ, ê êîòîðîé îòíîñèòñÿ òîò èëè èíîé îáúåêò. 3 Íàèáîëåå ÷àñòî â ñòàòèñòèêå èñïîëüçóþòñÿ ÊîÏ (âîçðàñò, äîõîä è ò.ï.). 4 Ñ ÊîÏ äîïóñòèìû âñå àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè, èìåííî äëÿ íèõ ðàçðàáîòàíî áîëüøèíñòâî ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. 5 Îäíàêî ÊàÏ òàêæå äîïóñêàþò èçìåðåíèå: ìîæíî ïîäñ÷èòàòü êîëè÷åñòâî îáúåêòîâ, ïîïàäàþùèõ â òó èëè èíóþ êàòåãîðèþ äàííîãî ïðèçíàêà; äîëþ ýòîé êàòåãîðèè â ñîâîêóïíîñòè, ò.å. îòíîñèòåëüíóþ ÷àñòîòó. 6 Òàê íà óðîâíå ñîâîêóïíîñòè ïðîèñõîäèò "ïðåâðàùåíèå" êà÷åñòâà â êîë-âî: äëÿ ãðóïïû ëþäåé ìîæíî ïîäñ÷èòàòü ÷èñëî ñòóäåíòîâ ñðåäè íèõ, à ýòî óæå ÊîÏ, ñ êîòîðûì ìîæíî âûïîëíÿòü àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè òî÷íî òàê æå, íàïðèìåð, êàê ñî ñðåäíèì âîçðàñòîì â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 78 / 297 3.3. Òèïû ïðèçíàêîâ ðóïïû ïðèçíàêîâ  ñâÿçè ñ âîçìîæíîñòüþ èçìåðåíèÿ âñå ïðèçíàêè ïðèíÿòî äåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû  êîëè÷åñòâåííûå (ÊîÏ) è êà÷åñòâåííûå (ÊàÏ). 1 ÊîÏ ìîãóò áûòü èçìåðåíû äëÿ êàæäîãî îáúåêòà ÷èñëîì. 2 ÊàÏ íå ìîãóò áûòü èçìåðåíû êîëè÷åñòâåííî (âûðàæåíû ÷èñëîì) äëÿ êàæäîãî îáúåêòà, îíè óêàçûâàþò (êàê ïðàâèëî â òåêñòîâîé îðìå) êàòåãîðèþ, ê êîòîðîé îòíîñèòñÿ òîò èëè èíîé îáúåêò. 3 Íàèáîëåå ÷àñòî â ñòàòèñòèêå èñïîëüçóþòñÿ ÊîÏ (âîçðàñò, äîõîä è ò.ï.). 4 Ñ ÊîÏ äîïóñòèìû âñå àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè, èìåííî äëÿ íèõ ðàçðàáîòàíî áîëüøèíñòâî ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. 5 Îäíàêî ÊàÏ òàêæå äîïóñêàþò èçìåðåíèå: ìîæíî ïîäñ÷èòàòü êîëè÷åñòâî îáúåêòîâ, ïîïàäàþùèõ â òó èëè èíóþ êàòåãîðèþ äàííîãî ïðèçíàêà; äîëþ ýòîé êàòåãîðèè â ñîâîêóïíîñòè, ò.å. îòíîñèòåëüíóþ ÷àñòîòó. 6 Òàê íà óðîâíå ñîâîêóïíîñòè ïðîèñõîäèò "ïðåâðàùåíèå" êà÷åñòâà â êîë-âî: äëÿ ãðóïïû ëþäåé ìîæíî ïîäñ÷èòàòü ÷èñëî ñòóäåíòîâ ñðåäè íèõ, à ýòî óæå ÊîÏ, ñ êîòîðûì ìîæíî âûïîëíÿòü àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè òî÷íî òàê æå, íàïðèìåð, êàê ñî ñðåäíèì âîçðàñòîì â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 78 / 297 3.3. Òèïû ïðèçíàêîâ ðóïïû ïðèçíàêîâ  ñâÿçè ñ âîçìîæíîñòüþ èçìåðåíèÿ âñå ïðèçíàêè ïðèíÿòî äåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû  êîëè÷åñòâåííûå (ÊîÏ) è êà÷åñòâåííûå (ÊàÏ). 1 ÊîÏ ìîãóò áûòü èçìåðåíû äëÿ êàæäîãî îáúåêòà ÷èñëîì. 2 ÊàÏ íå ìîãóò áûòü èçìåðåíû êîëè÷åñòâåííî (âûðàæåíû ÷èñëîì) äëÿ êàæäîãî îáúåêòà, îíè óêàçûâàþò (êàê ïðàâèëî â òåêñòîâîé îðìå) êàòåãîðèþ, ê êîòîðîé îòíîñèòñÿ òîò èëè èíîé îáúåêò. 3 Íàèáîëåå ÷àñòî â ñòàòèñòèêå èñïîëüçóþòñÿ ÊîÏ (âîçðàñò, äîõîä è ò.ï.). 4 Ñ ÊîÏ äîïóñòèìû âñå àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè, èìåííî äëÿ íèõ ðàçðàáîòàíî áîëüøèíñòâî ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. 5 Îäíàêî ÊàÏ òàêæå äîïóñêàþò èçìåðåíèå: ìîæíî ïîäñ÷èòàòü êîëè÷åñòâî îáúåêòîâ, ïîïàäàþùèõ â òó èëè èíóþ êàòåãîðèþ äàííîãî ïðèçíàêà; äîëþ ýòîé êàòåãîðèè â ñîâîêóïíîñòè, ò.å. îòíîñèòåëüíóþ ÷àñòîòó. 6 Òàê íà óðîâíå ñîâîêóïíîñòè ïðîèñõîäèò "ïðåâðàùåíèå" êà÷åñòâà â êîë-âî: äëÿ ãðóïïû ëþäåé ìîæíî ïîäñ÷èòàòü ÷èñëî ñòóäåíòîâ ñðåäè íèõ, à ýòî óæå ÊîÏ, ñ êîòîðûì ìîæíî âûïîëíÿòü àðèìåòè÷åñêèå îïåðàöèè òî÷íî òàê æå, íàïðèìåð, êàê ñî ñðåäíèì âîçðàñòîì â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 78 / 297 3.4. Îñíîâíûå ñòàòèñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè (ÎÑÕ) Äâå îñíîâíûå ãðóïïû 1 2 Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ, Ìåðû ðàññåÿíèÿ (ðàçáðîñà). Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ äàþò óñðåäíåííóþ õàðàêòåðèñòèêó ñîâîêóïíîñòè îáúåêòîâ ïî îïðåäåëåííîìó ïðèçíàêó (íàïðèìåð, ñðåäíèé âîçðàñò  õàðàêòåðèñòèêà íåêîòîðîé ãðóïïû ëþäåé). Ìåðû ðàññåÿíèÿ ïîêàçûâàþò, íàñêîëüêî õîðîøî ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ïðåäñòàâëÿþò äàííóþ ñîâîêóïíîñòü. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 79 / 297 3.5. Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ Ê îñíîâíûì ìåðàì ñðåäíåãî óðîâíÿ îòíîñÿòñÿ: 1 2 3 ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå (îáîçíà÷åíèÿ: X , x), âûáîðî÷íàÿ ìîäà (îáîçíà÷åíèÿ: Xmod , xmod ), âûáîðî÷íàÿ ìåäèàíà (îáîçíà÷åíèÿ: Xmed , xmed ). Îïðåäåëåíèå 3.36. Ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå çíà÷åíèå  ýòî ñóììà çíà÷åíèé ïðèçíàêà ó âñåõ îáúåêòîâ ñîâîêóïíîñòè, îòíåñåííàÿ ê îáùåìó ÷èñëó îáúåêòîâ, ò.å. ñðåäíèì àðèìåòè÷åñêèì çíà÷åíèåì ïðèçíàêà íàçûâàåòñÿ âåëè÷èíà: n X= 1X Xi , n i=1 n x= 1X xi , n i=1 ãäå xi  çíà÷åíèå ïðèçíàêà ó i-ãî îáúåêòà, n  ÷èñëî îáúåêòîâ â ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 80 / 297 3.5. Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ Ïðèìåð 3.9. Åñëè çíà÷åíèÿ âîçðàñòà â ñîâîêóïíîñòè (ãðóïïå) èç 5 ÷åëîâåê, ðàâíû 30, 35, 30, 40 è 30 ëåò (âûáîðêà èç ïÿòè ýëåìåíòîâ), òî äëÿ âû÷èñëåíèÿ ñðåäíåãî âîçðàñòà íàäî ñëîæèòü âñå ïÿòü çíà÷åíèé è ïîëó÷åííóþ ñóììó (165) ðàçäåëèòü íà 5.  ðåçóëüòàòå ñðåäíèé âîçðàñò ïîëó÷èòñÿ ðàâíûì 33. Îïðåäåëåíèå 3.37. Ìîäà  ýòî íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùååñÿ çíà÷åíèå ïðèçíàêà â äàííîé ñîâîêóïíîñòè îáúåêòîâ. Ïðèìåð 3.10.  ïðåäûäóùåì ïðèìåðå çíà÷åíèÿ âîçðàñòà â ñîâîêóïíîñòè (ãðóïïå) èç 5 ÷åëîâåê ðàâíû 30, 35, 30, 40 è 30 ëåò. Òàêèì îáðàçîì, çíà÷åíèå 30 ëåò âñòðå÷àåòñÿ 3 ðàçà, 35 ëåò è 40 ëåò  ïî 1 ðàçó. Ìîäîé áóäåò òî çíà÷åíèå, êîòîðîå âñòðåòèëîñü ÷àùå äðóãèõ, ò.å. xmod = 30 ëåò. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 81 / 297 3.5. Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ Îïðåäåëåíèå 3.38. Ìåäèàíà  ýòî "ñåðåäèííîå" çíà÷åíèå ïðèçíàêà â òîì ñìûñëå, ÷òî ó ïîëîâèíû îáúåêòîâ çíà÷åíèÿ ýòîãî ïðèçíàêà ìåíüøå ìåäèàíû, à ó äðóãîé ïîëîâèíû îáúåêòîâ  áîëüøå ìåäèàíû. Äëÿ òîãî, ÷òîáû íàéòè ìåäèàíó, íåîáõîäèìî óïîðÿäî÷èòü âñå çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà ïî âîçðàñòàíèþ è íàéòè òî ÷èñëî, êîòîðîå íàõîäèòñÿ â ñåðåäèíå ïîëó÷åííîãî ðÿäà. Ïðèìåð 3.11. Âûáîðêà, óïîðÿäî÷åííàÿ ïî âîçðàñòàíèþ (ðàíæèðîâàííûé âàðèàöèîííûé ðÿä), âûãëÿäèò òàê: {30, 30, 30, 35, 40}. Ñåðåäèíîé ÿâëÿåòñÿ òðåòüå çíà÷åíèå (ñëåâà è ñïðàâà îò íåãî ñòîÿò ïî äâà ÷èñëà). Çíà÷èò, ìåäèàíà xmed = 30 ëåò. Åñëè â âûáîðêå ÷åòíîå ÷èñëî çíà÷åíèé, ïîñåðåäèíå îêàæóòñÿ äâà ÷èñëà. Íàïðèìåð, â ðàíæèðîâàííîì âàðèàöèîííîì ðÿäå {30, 30, 30, 35, 40, 50} ïîñåðåäèíå (íà òðåòüåì è ÷åòâåðòîì ìåñòàõ) ñòîÿò ÷èñëà 30 è 35.  ýòîì ñëó÷àå â êà÷åñòâå ìåäèàíû ìîæíî âçÿòü ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå èç ýòèõ ÷èñåë, ò.å. xmed = 32,5 ãîäà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 82 / 297 3.5. Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ Íå âñå ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ ìîæíî íàéòè äëÿ ëþáîãî ïðèçíàêà!!! 1 2 3 Äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî ïðèçíàêà ìîæíî âû÷èñëèòü ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå, ìîäó è ìåäèàíó. Äëÿ ðàíãîâîãî ïðèçíàêà ìîæíî íàéòè ìîäó è ìåäèàíó. Äëÿ íîìèíàëüíîãî ïðèçíàêà ìîæíî íàéòè òîëüêî ìîäó (åå çíà÷åíèåì áóäåò íàçâàíèå íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùåéñÿ êàòåãîðèè íîìèíàëüíîãî ïðèçíàêà). Ñâîéñòâà ìåð ñðåäíåãî óðîâíÿ 1 2 3  ñëó÷àå êîëè÷åñòâåííûõ äàííûõ âñå ìåðû èçìåðÿþòñÿ â òåõ æå åäèíèöàõ, ÷òî è ñàì èñõîäíûé ïðèçíàê. Åñëè âñå çíà÷åíèÿ èñõîäíîãî ïðèçíàêà èçìåíÿòñÿ â íåñêîëüêî ðàç, òî æå ñàìîå ïðîèçîéäåò è ñî âñåìè ñðåäíèìè âåëè÷èíàìè äëÿ ýòîãî ïðèçíàêà. Åñëè âñå çíà÷åíèÿ èñõîäíîãî ïðèçíàêà èçìåíÿòñÿ íà íåêîòîðîå ÷èñëî, òî æå ñàìîå ïðîèçîéäåò è ñî âñåìè ñðåäíèìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 83 / 297 3.5. Ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ Ñâîéñòâà ìåð ñðåäíåãî óðîâíÿ (ïðîäîëæåíèå) 4 5 Åñëè ðàñïðåäåëåíèå çíà÷åíèé ïðèçíàêà áëèçêî ê íîðìàëüíîìó ðàñïðåäåëåíèþ, âñå òðè ìåðû ñðåäíåãî óðîâíÿ (ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå, ìåäèàíà è ìîäà) äàþò áëèçêèå çíà÷åíèÿ. Åñëè æå èìåþòñÿ çíà÷åíèÿ, ñèëüíî îòëè÷àþùèåñÿ îò äðóãèõ, òî îíè çàìåòíî âëèÿþò íà ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå ("ïðèòÿãèâàþò" åãî ê ñåáå), è â òàêîì ñëó÷àå ëó÷øå èñïîëüçîâàòü ìåäèàíó, ìåíåå ÷óâñòâèòåëüíóþ ê "âûïàäàþùèì òî÷êàì". Ïðèìåð 3.12. Äëÿ âûáîðêè {30, 30, 30, 35, 40} ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå ðàâíî 33, à ìåäèàíà ðàâíà 30. Äîïóñòèì, â ðåçóëüòàòå îøèáêè ïîñëåäíåå ÷èñëî â ýòîé âûáîðêå çàïèñàíî íåâåðíî: {30, 30, 30, 35, 400}. Òîãäà ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ è ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì 105. Ìåäèàíà æå íå èçìåíèòñÿ(, êàê è ìîäà). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 84 / 297 3.6. Ìåðû ðàññåÿíèÿ Âñå ìåðû ðàññåÿíèÿ ïîêàçûâàþò, íàñêîëüêî ñèëüíî âàðüèðóþòñÿ çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà (à òî÷íåå, èõ îòêëîíåíèÿ îò ñðåäíåãî) â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. ×åì ìåíüøå çíà÷åíèå ìåðû ðàçáðîñà, òåì áëèæå çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà ó âñåõ îáúåêòîâ ê ñâîåìó ñðåäíåìó çíà÷åíèþ, à çíà÷èò, è äðóã ê äðóãó. Åñëè âåëè÷èíà ìåðû ðàçáðîñà ðàâíà íóëþ, çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà ó âñåõ îáúåêòîâ îäèíàêîâû. Ê îñíîâíûì ìåðàì ðàññåÿíèÿ îòíîñÿòñÿ: 1 2 3 âûáîðî÷íîå ñðåäíåå êâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå (ÑÊÎ, ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå)  ìåðà ðàçáðîñà çíà÷åíèé ïðèçíàêà îêîëî ñðåäíåãî àðèìåòè÷åñêîãî (îáîçíà÷åíèÿ: Sn , S , S0 , sn , s, s0 ), âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ (îáîçíà÷åíèÿ: Sn2 , S 2 , S02 , s2n , s2 , s20 ), âûáîðî÷íûé êîýèöèåíò âàðèàöèè  îòíîøåíèå âûáîðî÷íîãî ñòàíäàðòíîãî îòêëîíåíèÿ ê ñðåäíåìó àðèìåòè÷åñêîìó, âûðàæåííîå â ïðîöåíòàõ (îáîçíà÷åíèå: ν ). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 85 / 297 3.6. Ìåðû ðàññåÿíèÿ Âûáîðî÷íîå ñðåäíåå êâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå 1 2 3 èñïîëüçóåòñÿ íàèáîëåå ÷àñòî, èçìåðÿåòñÿ, êàê è ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå, â òåõ æå åäèíèöàõ, ÷òî è ñàì èñõîäíûé ïðèçíàê, åñëè âñå çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà èçìåíèòü â íåñêîëüêî ðàç, òî÷íî òàê æå èçìåíèòñÿ è ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå, îäíàêî åñëè âñå çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà óâåëè÷èòü (óìåíüøèòü) íà íåêîòîðóþ âåëè÷èíó, åãî ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå íå èçìåíèòñÿ. Êîýèöèåíò âàðèàöèè 1 2 3 4 èçìåðÿåò íå àáñîëþòíóþ, à îòíîñèòåëüíóþ ìåðó ðàçáðîñà çíà÷åíèé ïðèçíàêà â ñòàòèñòè÷åñêîé ñîâîêóïíîñòè, åñëè â íåêîòîðîé ñîâîêóïíîñòè êîýèöèåíò âàðèàöèè íå ïðåâûøàåò 30%, ýòà ñîâîêóïíîñòü ñ÷èòàåòñÿ îäíîðîäíîé ïî äàííîìó ïðèçíàêó, åñëè êîýèöèåíò âàðèàöèè ïðåâûøàåò 50%, ñîâîêóïíîñòü ñ÷èòàåòñÿ íåîäíîðîäíîé. Òàêóþ ñîâîêóïíîñòü ðàçáèâàþò íà áîëåå îäíîðîäíûå ÷àñòè, åñëè êîýèöèåíò âàðèàöèè íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå 30..50%, òî ðåøåíèå îá îäíîðîäíîñòè ïðèíèìàåò èññëåäîâàòåëü. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 86 / 297 3.6. Ìåðû ðàññåÿíèÿ Îáùèå ñâîéñòâà ìåð ðàññåÿíèÿ 1 2 3 4 5 6 Âñå ìåðû ðàññåÿíèÿ (ñðåäíåå êâàäðàòè÷åñêîå îòêëîíåíèå, äèñïåðñèþ è êîýèöèåíò âàðèàöèè) ìîæíî âû÷èñëÿòü òîëüêî äëÿ êîëè÷åñòâåííûõ ïðèçíàêîâ. Âåëè÷èíû ñðåäíåãî êâàäðàòè÷åñêîãî îòêëîíåíèÿ è äèñïåðñèè ìåíÿþòñÿ ïðè èçìåíåíèè åäèíèö èçìåðåíèÿ ïðèçíàêà, à âåëè÷èíà êîýèöèåíòà âàðèàöèè  íåò. Êîýèöèåíò âàðèàöèè ìîæåò ïðåâûøàòü 100%. Âñå ìåðû ðàññåÿíèÿ ïîêàçûâàþò, íàñêîëüêî ñèëüíî âàðüèðóþòñÿ çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà (à òî÷íåå, èõ îòêëîíåíèÿ îò ñðåäíåãî) â äàííîé ñîâîêóïíîñòè. ×åì ìåíüøå çíà÷åíèå ìåðû ðàçáðîñà, òåì áëèæå çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà ó âñåõ îáúåêòîâ ê ñâîåìó ñðåäíåìó çíà÷åíèþ, à çíà÷èò, è äðóã ê äðóãó. Åñëè âåëè÷èíà ìåðû ðàçáðîñà ðàâíà íóëþ, çíà÷åíèÿ ïðèçíàêà ó âñåõ îáúåêòîâ îäèíàêîâû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 87 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Ïóñòü X1 , X2 , ..., Xn  âûáîðêà èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ñ ìàòåìàòè÷åñêèì îæèäàíèåì a è äèñïåðñèåé σ 2 , à x1 , x2 , ..., xn  åå ðåàëèçàöèÿ. Ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå n 1X X= Xi , n i=1 n 1X x= xi . n i=1 Âûáîðî÷íàÿ ìåäèàíà (ñðåäèííîå çíà÷åíèå ïðèçíàêà X ); ïî îïðåäåëåíèþ F ∗ (xmed ) = 0,5 Xmed   X(j) + X(j+1) , = 2 X n+1 ; ( ) 2 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) xmed   x(j) + x(j+1) , n − ÷åòíîå, 2 = x n+1 , n − íå÷åòíîå. ( ) 2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 88 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Âûáîðî÷íàÿ ìîäà  íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùååñÿ â âûáîðêå çíà÷åíèå ïðèçíàêà X xmod = xi , åñëè mi = mmax (ñïðàâåäëèâî òîëüêî äëÿ äèñêðåòíîãî ðÿäà). Âûáîðî÷íûé êâàíòèëü ïîðÿäêà p Xp = ( X([np]+1) , n p − äðîáíîå, X(np) , n p − öåëîå; È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) x bp = ( x([np]+1) , x(np) , Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà n p − äðîáíîå, n p − öåëîå. 89 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Âûáîðî÷íàÿ ïîëóñóììà êâàðòèëåé Tq = X0,25 +2 X0,75 , tq = x b0,25 + x b0,75 . 2 Âûáîðî÷íàÿ ïîëóñóììà ýêñòðåìàëüíûõ âûáîðî÷íûõ çíà÷åíèé TR = Xmin +2 Xmax , È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) xmin + xmax . 2 tR = Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 90 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ n Sn2 = 1X (Xi − X)2 , n i=1 n s2n = 1X (xi − x)2 . n i=1 Èñïðàâëåííàÿ âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ n 1 X S = (Xi − X)2 , n − 1 i=1 2 n 1 X s = (xi − x)2 . n − 1 i=1 2 Âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ (ïðè èçâåñòíîì ìàòåìàòè÷åñêîì îæèäàíèè a) n S02 = È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 1X (Xi − a)2 , n i=1 n s20 = 1X (xi − a)2 . n i=1 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 91 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè àçìàõ âàðèàöèè (ìåðà ðàçáðîñà çíà÷åíèé âûáîðêè íàáëþäåíèé èëè ðàñïðåäåëåíèÿ) R = Xmax − Xmin, R = xmax − xmin . Âûáîðî÷íûé êîýèöèåíò âàðèàöèè N = XS · 100%, ν= s · 100%. x Âûáîðî÷íîå ñðåäíåå àáñîëþòíîå îòêëîíåíèå d = n1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) n X i=1 n | Xi − Xmed |, d= 1X | xi − xmed |. n i=1 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 92 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Âûáîðî÷íàÿ èíòåðêâàðòèëüíàÿ øèðîòà Q= X0,75 − X0,25, Âûáîðî÷íûå íà÷àëüíûå ìîìåíòû Ak = X k = n1 n X n Xik , i=1 Âûáîðî÷íûå öåíòðàëüíûå ìîìåíòû Mk = n1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) n X i=1 q=x b0,75 − x b0,25 . α bk = xk = 1X k x . n i=1 i n (Xi − x)k , 1X (xi − x)k . n i=1 µ bk = Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 93 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Êîýèöèåíò àñèììåòðèè âàðèàöèîííîãî ðÿäà Sk = MS 33 , b3 c= µ Sk . s3 Ýêñöåññ (èëè êîýèöèåíò ýêñöåññà) âàðèàöèîííîãî ðÿäà Ex = MS 44 − 3, Êîâàðèàöèÿ äâóõ ïðèçíàêîâ b4 c = µ Ex − 3. s4 n KXY = 1 X (Xi − X)(Yi − Y ), n − 1 i=1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) n kXY = Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 1 X (xi − x)(yi − y). n − 1 i=1 94 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Êîýèöèåíò êîððåëÿöèè äâóõ ïðèçíàêîâ ρXY = KXY , SX SY rXY = kXY , sX sY ãäå SX v u u =t n 1 X (Xi − X)2 , n − 1 i=1 v u u SY = t 1 n−1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) n X i=1 (Yi − Y )2 , sX v u u =t v u u sY = t Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà n 1 X (xi − x)2 , n − 1 i=1 n 1 X (yi − y)2 . n − 1 i=1 95 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Ïðèìåð 3.13. Èìååòñÿ ðàñïðåäåëåíèå 80 ïðåäïðèÿòèé ïî ÷èñëó ðàáîòàþùèõ íà íèõ (÷åë.): xi 150 250 350 450 550 650 750 mi 1 3 7 30 19 15 5 Íàéòè ÷èñëîâûå õàðàêòåðèñòèêè ðàñïðåäåëåíèÿ ïðåäïðèÿòèé. ◭ Ïðèçíàê X  ÷èñëî ðàáîòàþùèõ (÷åë.) íà ïðåäïðèÿòèè. Èñïîëüçóÿ îðìóëû äëÿ ñãðóïïèðîâàííûõ äàííûõ áóäåì èìåòü k 1 X x= x · mi = n i=1 i = 150 · 1 + 250 · 3 + 350 · 7 + 450 · 30 + 550 · 19 + 650 · 15 + 750 · 5 = 80 40800 = = 510. 80 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 96 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Ïðèìåð 3.13.(ïðîäîëæåíèå) Îáúåì âûáîðêè n = 80  ÷èñëî ÷åòíîå. Ïóñòü n = 2 j , òîãäà j = 40. Ïîýòîìó xmed = x(j) + x(j+1) x(40) + x(41) 450 + 450 = = = 450. 2 2 2 ×àñòîòà äîñòèãàåò ìàêñèìóìà mi = mmax = 30 ïðè xi = 450. Ïîýòîìó xmod = 450. Î÷åâèäíî, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå àñèììåòðè÷íîå, ò.ê. x 6= xmed = xmod . àçìàõ âàðèàöèè R = xmax − xmin = 750 − 150 = 600. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 97 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Ïðèìåð 3.14.(ïðîäîëæåíèå) Âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ s2n = k 2 1 X xi − x · mi = 15400. n i=1 Âûáîðî÷íîå ñðåäíåå êâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå p √ sn = s2n = 15400 ≈ 124. Âûáîðî÷íûé êîýèöèåíò âàðèàöèè ν= sn 124 · 100% = · 100% ≈ 24, 3%. x 510 Íà ïðàêòèêå ñ÷èòàþò, ÷òî åñëè ν < 33%, òî ñîâîêóïíîñòü îäíîðîäíàÿ, ÷òî è íàáëþäàåòñÿ â äàííîì ñëó÷àå. ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 98 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Îïðåäåëåíèå 3.39. Îöåíêîé ïëîòíîñòè âåðîÿòíîñòè f (x) íàçûâàåòñÿ óíêöèÿ fb(x), ïîñòðîåííàÿ íà îñíîâå âûáîðêè è ïðèáëèæåííî ðàâíàÿ f (x). àíåå áûëà ðàññìîòðåíà ãèñòîãðàììà, Òîãäà îöåíêîé fb(x) áóäåò ñòóïåí÷àòàÿ ëèíèÿ, îãðàíè÷èâàþùàÿ ãèñòîãðàììó ñâåðõó. Äëÿ ýòîé óíêöèè ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùåå àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå: x − z  1 X i fb(x) = mi K , n h i=1 h k zi = x⋆i−1 + x⋆i , 2 ãäå n  îáúåì âûáîðêè; mi  ÷àñòîòû èíòåðâàëüíîãî ñòàòèñòè÷åñêîãî ðÿäà; h  øèðèíà ðàçðÿäà; i = 1, 2, ..., k ; k  ÷èñëî ðàçðÿäîâ, à óíêöèÿ K(u), íàçûâàåìàÿ ÿäåðíîé (ÿäðîì), îïðåäåëÿåòñÿ òàê: ( 1, |u| 6 1/2, K(u) = 0, |u| > 1/2. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 99 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè Íåäîñòàòêîì ýòîé ãèñòîãðàììíîé îöåíêè ÿâëÿåòñÿ åå ðàçðûâíîñòü â ãðàíè÷íûõ òî÷êàõ ðàçðÿäîâ è ìàëàÿ òî÷íîñòü. Âûáèðàÿ äðóãèå ÿäðà èç ÷èñëà íåïðåðûâíûõ óíêöèé, ÿâëÿþùèõñÿ ïëîòíîñòÿìè âåðîÿòíîñòè, ìîæíî ïîëó÷èòü íåïðåðûâíûå ÿäåðíûå îöåíêè ïîäîáíîãî æå âèäà ñ ÷èñëîì ñëàãàåìûõ â ñóììå, ðàâíûì îáúåìó âûáîðêè: fbn (x) = n 1 X  x − xi  K . n hn i=1 hi Çäåñü xi  ýëåìåíòû âûáîðêè, {hn }  ëþáàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïîëîæèòåëüíûõ ÷èñåë, îáëàäàþùàÿ ñâîéñòâàìè hn → 0, È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) hn n → ∞. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 100 / 297 3.7. Âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè ßäðî K(u) äëÿ ÿäåðíîé îöåíêè â îáùåì ñëó÷àå  ýòî êóñî÷íî-íåïðåðûâíàÿ ïëîòíîñòü âåðîÿòíîñòè, èìåþùàÿ ñâîéñòâà: max −∞ n · I(θ) D ãäå I(θ)  èíîðìàöèÿ Ôèøåðà, îïðåäåëÿåìàÿ â äèñêðåòíîì ñëó÷àå îðìóëîé I(θ) = E m h ′ hn ∂ o2 i X pθ (xi ; θ) i2 ln p(X; θ) = · p(xi ; θ), ∂θ p(xi ; θ) i=1 ãäå p(xi ; θ) = P(X = xi ), à â íåïðåðûâíîì  îðìóëîé I(θ) = E +∞ Z hn ∂ o2 i h f ′ (x; θ) i2 θ ln f (X; θ) = · f (x; θ) dx, ∂θ f (x; θ) ∞ ãäå f (x; θ)  ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ ÍÑ X . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 111 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 4.8. Ïî íåðàâåíñòâó àîÊðàìåðà äèñïåðñèÿ ëþáîé íåñìåùåííîé îöåíêè íå ìîæåò áûòü ìåíüøå 1/[n I(θ)]. Íàçîâåì ýåêòèâíîñòüþ e(θ) íåñìåùåííîé îöåíêè θb âåëè÷èíó e(θ) = 1 n I(θ) h i. D θb ßñíî, ÷òî ýåêòèâíîñòü ëþáîé îöåíêè θb ïðè êàæäîì θ çàêëþ÷åíà ìåæäó íóëåì è åäèíèöåé, ïðè÷åì ÷åì îíà áëèæå ê åäèíèöå ïðè êàêîì-ëèáî θ, òåì ëó÷øå îöåíêà θb ïðè ýòîì çíà÷åíèè íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà. Îïðåäåëåíèå 4.9. Íåñìåùåííàÿ îöåíêà θb íàçûâàåòñÿ ýåêòèâíîé (ïî àîÊðàìåðó), åñëè e(θ) = 1 ïðè ëþáîì θ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 112 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ýåêòèâíûå ïî àîÊðàìåðó îöåíêè ñóùåñòâóþò êðàéíå ðåäêî. Ïðàâäà, ýåêòèâíîñòü ïî àîÊðàìåðó èãðàåò ñóùåñòâåííóþ ðîëü â àñèìïòîòè÷åñêîì àíàëèçå îöåíîê, ïîëó÷àåìûõ ìåòîäîì ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ. Êðîìå òîãî, ñóùåñòâóþò îáîáùåíèÿ íåðàâåíñòâà àîÊðàìåðà (íàïðèìåð, íåðàâåíñòâî Áõàòòà÷àðèÿ), ïîçâîëÿþùèå äîêàçûâàòü îïòèìàëüíîñòü áîëåå øèðîêîãî êëàññà îöåíîê. Ñ ïðàêòè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ ñâîéñòâî ñîñòîÿòåëüíîñòè î÷åíü âàæíî  åãî íàëè÷èå ïîçâîëÿåò íàäåÿòüñÿ, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì îáúåìà âûáîðêè òî÷íîñòü îöåíèâàíèÿ áóäåò ðàñòè (êîíå÷íî, òîëüêî â ïîäàâëÿþùåì áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ). Íåñìåùåííîñòü æå èãðàåò ìåíåå âàæíóþ ðîëü. Åñëè îöåíêà ÿâëÿåòñÿ íåñìåùåííîé, òî ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò îá îòñóòñòâèè ñèñòåìàòè÷åñêîé îøèáêè â îöåíèâàíèè íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà. Óêàçàííîå îáñòîÿòåëüñòâî ñòàíîâèòñÿ âàæíûì â ñëó÷àå ìàëûõ âûáîðîê, êîãäà îöåíêè ìîãóò áûòü äàëåêè îò îöåíèâàåìîãî ïàðàìåòðà è íàëè÷èå ñèñòåìàòè÷åñêîé ïîãðåøíîñòè îöåíèâàíèÿ òîëüêî óõóäøàåò òî÷íîñòü îöåíèâàíèÿ.  ñëó÷àå áîëüøèõ âûáîðîê ñìåùåíèå îöåíêè (ïðè íàëè÷èè ñîñòîÿòåëüíîñòè!) íà òî÷íîñòü îöåíèâàíèÿ ñóùåñòâåííîãî âëèÿíèÿ íå îêàçûâàåò. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 113 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Âàæíî òàêæå ïîíèìàòü, ÷òî âûøåèçëîæåííîå èìååò ñìûñë òîëüêî åñëè âûïîëíåíû óñëîâèÿ ïðèìåíèìîñòè çàêîíîâ áîëüøèõ ÷èñåë, íà âûâîäàõ èç êîòîðûõ áàçèðóþòñÿ ýòè çàêëþ÷åíèÿ. Âàæíåéøèì èç ïîäîáíûõ óñëîâèé ÿâëÿåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ èññëåäóåìîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 114 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ îáàñòíîñòü â ñòàòèñòèêå ïðåäîñòàâëÿåò ïîäõîäû, íàïðàâëåííûå íà ñíèæåíèå âëèÿíèÿ âûáðîñîâ è äðóãèõ îòêëîíåíèé â èññëåäóåìîé âåëè÷èíå îò ìîäåëåé, èñïîëüçóåìûõ â êëàññè÷åñêèõ ìåòîäàõ ñòàòèñòèêè. Íà ïðàêòèêå íàëè÷èå â âûáîðêàõ äàæå íåáîëüøîãî ÷èñëà ðåçêî âûäåëÿþùèõñÿ íàáëþäåíèé ñïîñîáíî àòàëüíî ïîâëèÿòü íà ðåçóëüòàò ñòàòèñòè÷åñêîãî èññëåäîâàíèÿ (ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü ìåòîä íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ èëè ìåòîä ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ), è çíà÷åíèÿ, ïîëó÷àåìûå â ðåçóëüòàòå, ìîãóò ïåðåñòàòü íåñòè â ñåáå êàêîé-ëèáî ñìûñë. Îïðåäåëåíèå 4.10. b Îöåíêà θ(X) ïàðàìåòðà θ íàçûâàåòñÿ ðîáàñòíîé, åñëè îíà óñòîé÷èâà ïî îòíîøåíèþ ê âûáðîñàì â ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ. Âûáðîñû â âûáîðêå ìîãóò ïîÿâèòüñÿ âñëåäñòâèå ñáîåâ ðåãèñòðèðóþùåãî ïðèáîðà, ãðóáûõ îøèáîê îïåðàòîðà. Âûáðîñû ãðóïïèðóþòñÿ íà êîíöàõ âàðèàöèîííîãî ðÿäà. Ïîýòîìó îöåíêè, íå èìåþùèå â ñâîåì ñîñòàâå ýëåìåíòîâ, áëèçêèõ ê êîíöàì âàðèàöèîííîãî ðÿäà, áóäóò ðîáàñòíûìè. Ýòî, íàïðèìåð, âûáîðî÷íàÿ ìåäèàíà xm ed è ïîëóñóììà êâàðòèëåé tq . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 115 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Çàìåòèì, ÷òî ïîíÿòèå ðîáàñòíîñòè îöåíîê ïîíèìàåòñÿ áîëåå øèðîêî, ÷åì îá ýòîì ñêàçàíî â îïðåäåëåíèè, òàê êàê íàðóøåíèÿ â ñîñòàâëåíèè âûáîðêè ìîãóò ïðîèñõîäèòü íå òîëüêî ïî ïðè÷èíå ïîÿâëåíèÿ âûáðîñîâ. Íàïðèìåð, âûáîðêà ìîæåò áûòü íåîäíîðîäíîé âñëåäñòâèå ïðèìåøèâaíèÿ ýëåìåíòîâ èç äðóãîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè.  ðàìêàõ äàííîãî êóðñà àíàëèç îãðàíè÷èâàåòñÿ òîëüêî ñëó÷àåì ïîÿâëåíèÿ âûáðîñîâ. Äëÿ òîãî, ÷òîáû èçáåæàòü ïîäîáíûõ íåïðèÿòíîñòåé, íåîáõîäèìî êàêèìòî îáðàçîì ñíèçèòü âëèÿíèå "ïëîõèõ" íàáëþäåíèé, ëèáî âîâñå èñêëþ÷èòü èõ. Îäíàêî âîçíèêàåò âîïðîñ: "Êàê îòëè÷èòü 'ïëîõîå' íàáëþäåíèå îò 'õîðîøåãî' ?" Äàæå ñàìûé ïðîñòîé èç ïîäõîäîâ  ñóáúåêòèâíûé (îñíîâàííûé íà âíóòðåííèõ îùóùåíèÿõ ñòàòèñòèêà) ìîæåò ïðèíåñòè çíà÷èòåëüíóþ ïîëüçó, îäíàêî äëÿ îòáðàêîâêè âñå æå ïðåäïî÷òèòåëüíåå ïðèìåíÿòü ìåòîäû, èìåþùèå â ñâîåé îñíîâå íåêèå ñòðîãèå ìàòåìàòè÷åñêèå îáîñíîâàíèÿ, à íå òîëüêî èíòóèòèâíûå ïðåäïîëîæåíèÿ èññëåäîâàòåëÿ. Ýòîò ïðîöåññ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âåñüìà íåòðèâèàëüíóþ çàäà÷ó äëÿ ñòàòèñòèêà è îïðåäåëÿåò ñîáîé îäíî èç íàïðàâëåíèé ñòàòèñòè÷åñêîé íàóêè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 116 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïîä ðîáàñòíîñòüþ â ñòàòèñòèêå ïîíèìàþò íå÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ðàçëè÷íûì îòêëîíåíèÿì è íåîäíîðîäíîñòÿì â âûáîðêå, ñâÿçàííûì ñ òåìè èëè èíûìè, â îáùåì ñëó÷àå íåèçâåñòíûìè, ïðè÷èíàìè. Ýòî ìîãóò áûòü îøèáêè äåòåêòîðà, ðåãèñòðèðóþùåãî íàáëþäåíèÿ, ÷üè-òî äîáðîñîâåñòíûå èëè íå î÷åíü ïîïûòêè "ïîäîãíàòü" âûáîðêó äî òîãî, êàê îíà ïîïàäåò ê ñòàòèñòèêó, îøèáêè îîðìëåíèÿ, âêðàâøèåñÿ îïå÷àòêè è ìíîãîå äðóãîå. Íàïðèìåð, íàèáîëåå ðîáàñòíîé îöåíêîé ïàðàìåòðà ñäâèãà çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ìåäèàíà, ÷òî íà èíòóèòèâíîì óðîâíå âïîëíå î÷åâèäíî. Ïîìèìî íåïîñðåäñòâåííî "áðàêîâàííûõ" íàáëþäåíèé òàêæå ìîæåò ïðèñóòñòâîâàòü íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî íàáëþäåíèé, ïîä÷èíÿþùèõñÿ äðóãîìó ðàñïðåäåëåíèþ. Ââèäó óñëîâíîñòè çàêîíîâ ðàñïðåäåëåíèé, à ýòî íå áîëåå, ÷åì ìîäåëè îïèñàíèÿ, ñàìà ïî ñåáå âûáîðêà ìîæåò ñîäåðæàòü íåêîòîðûå ðàñõîæäåíèÿ ñ èäåàëîì. Òåì íå ìåíåå, ïàðàìåòðè÷åñêèé ïîäõîä íàñòîëüêî ïðèæèëñÿ, äîêàçàâ ñâîþ ïðîñòîòó è öåëåñîîáðàçíîñòü, ÷òî íåëåïî îò íåãî îòêàçûâàòüñÿ. Ïîýòîìó è âîçíèêëà íåîáõîäèìîñòü ïðèñïîñîáèòü ñòàðûå ìîäåëè ê íîâûì çàäà÷àì. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 117 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ñòîèò îòäåëüíî ïîä÷åðêíóòü è íå çàáûâàòü, ÷òî îòáðàêîâàííûå íàáëþäåíèÿ íóæäàþòñÿ â îòäåëüíîì, áîëåå ïðèñòàëüíîì âíèìàíèè. Íàáëþäåíèÿ, êàæóùèåñÿ "ïëîõèìè" äëÿ îäíîé ãèïîòåçû, ìîãóò âïîëíå ñîîòâåòñòâîâàòü äðóãîé. Íàêîíåö, îòíþäü íå âñåãäà ðåçêî âûäåëÿþùèåñÿ íàáëþäåíèÿ ÿâëÿþòñÿ "áðàêîì". Îäíî òàêîå íàáëþäåíèå äëÿ ãåííîé èíæåíåðèè, ê ïðèìåðó, ñòîèò ìèëëèîíîâ äðóãèõ, ìàëî îòëè÷àþùèõñÿ äðóã îò äðóãà. Äëÿ òîãî, ÷òîáû îãðàíè÷èòü âëèÿíèå íåîäíîðîäíîñòåé, ëèáî âîâñå åãî èñêëþ÷èòü, ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî ðàçëè÷íûõ ïîäõîäîâ. Ñðåäè íèõ âûäåëÿþòñÿ äâà îñíîâíûõ íàïðàâëåíèÿ:  ñãðóïïèðîâàòü äàííûå, íå îòáðàêîâûâàÿ îòäåëüíûå íàáëþäåíèÿ, òàêèì îáðàçîì çíà÷èòåëüíî ñíèçèâ âîçìîæíîñòü ïîð÷è âûáîðêè îòäåëüíûìè âûïàäàìè. Ïîñëå ÷åãî ñ äîñòàòî÷íîé ñòåïåíüþ óâåðåííîñòè ïîëüçîâàòüñÿ êëàññè÷åñêèìè ìåòîäàìè ñòàòèñòèêè;  îòñëåæèâàòü âûáðîñû íåïîñðåäñòâåííî â ïðîöåññå àíàëèçà. Íàïðèìåð, äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïàðàìåòðîâ çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ èñïîëüçîâàòü èòåðàöèîííóþ ïðîöåäóðó ñ óñå÷åííûìè èëè th-ñíèæåííûìè M-îöåíêàìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 118 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïîñðåäñòâîì ãðóïïèðîâàíèÿ âûáîðêè ìîæíî ðåçêî ñíèçèòü âëèÿíèå îòäåëüíûõ íàáëþäåíèé, íå îòáðàñûâàÿ èõ. àçáèåíèå íà èíòåðâàëû íå ïðåäñòàâëÿåò îñîáûõ òðóäíîñòåé è äàåò âåñüìà îùóòèìûé ðåçóëüòàò. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 119 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Õàðàêòåðèñòèêè îöåíîê 1°. Âûáîðî÷íîå ñðåäíåå X ÿâëÿåòñÿ íåñìåùåííîé è ñîñòîÿòåëüíîé îöåíêîé ãåíåðàëüíîãî ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ mX . 2°. X íå ÿâëÿåòñÿ ðîáàñòíîé îöåíêîé mX , òàê êàê â ñâîåì ñîñòàâå èìååò êðàéíèå ýëåìåíòû âàðèàöèîííîãî ðÿäà. 3°. Âûáîðî÷íûé íà÷àëüíûé ìîìåíò α bk ïîðÿäêà k ÿâëÿåòñÿ íåñìåùåííîé è ñîñòîÿòåëüíîé îöåíêîé ãåíåðàëüíîãî íà÷àëüíîãî ìîìåíòà αk ïîðÿäêà k . 4°. Âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ Sn2 ÿâëÿåòñÿ ñîñòîÿòåëüíîé îöåíêîé ãåíåðàëüíîé äèñïåðñèè. 5°. Âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ Sn2  ñìåùåííàÿ îöåíêà ãåíåðàëüíîé äèñïåðñèè 2 σ ñ îòðèöàòåëüíûì ñìåùåíèåì −σ 2 /n. 6°. Íåñìåùåííîé îöåíêîé σ2 ÿâëÿåòñÿ èñïðàâëåííàÿ âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ n 2 S = n−1 Sn2 . 7°. Âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ Sn2 íå ÿâëÿåòñÿ ðîáàñòíîé îöåíêîé σ2 . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 120 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Õàðàêòåðèñòèêè îöåíîê (ïðîäîëæåíèå) 8°.  ñëó÷àå íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ âûáîðî÷íàÿ ìåäèàíà Xmed (îöåí- T êà ãåíåðàëüíîé ìåäèàíû), ïîëóñóììà âûáîðî÷íûõ êâàðòèëåé q (îöåíêà ïîëóñóììû ãåíåðàëüíûõ êâàðòèëåé) è ïîëóñóììà ýêñòðåìàëüíûõ âûáîðî÷íûõ ýëåìåíòîâ R ÿâëÿþòñÿ ñîñòîÿòåëüíûìè è íåñìåùåííûìè îöåíêàìè ãåíåðàëüíîãî ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ mX . 9°. q è Xmed ÿâëÿþòñÿ ðîáàñòíûìè îöåíêàìè, à R  íåò. 10°.Îòíîñèòåëüíàÿ ýåêòèâíîñòü ýòèõ îöåíîê ðàçëè÷íà. Ïðè n > 4 èìååò ìåñòî íåðàâåíñòâî   X < [ q ] < [Xmed ] < [ R ] . T T T D DT D DT 11°. Äëÿ íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïðè èçâåñòíîì σ âûáîðî÷íîå ñðåäíåå X ÿâëÿåòñÿ ýåêòèâíîé îöåíêîé ïàðàìåòðà mX . 12°. Âûáîðî÷íîå ñðåäíåå êâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå Sn , âûáîðî÷íîå ñðåäíåå àáñîëþòíîå îòêëîíåíèå , âûáîðî÷íàÿ èíòåðêâàðòèëüíàÿ øèðîòà Q, ðàçìàõ  ñìåùåííûå îöåíêè σ . d R È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 121 / 297 4.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Õàðàêòåðèñòèêè îöåíîê (ïðîäîëæåíèå) 13°. Ïîñëå äåëåíèÿ íà ñîîòâåòñòâóþùèå êîýèöèåíòû ñòàíîâÿòñÿ íåñìå- ùåííûìè îöåíêàìè, ïðè÷åì D[S ] < D[d ] < D[R ] < D[Q ] . ′ n ′ ′ ′ 14°. Îòíîñèòåëüíàÿ ÷àñòîòà m∗A /n ïîÿâëåíèÿ ñîáûòèÿ A â n íåçàâèñèìûõ èñïûòàíèÿõ ÿâëÿåòñÿ íåñìåùåííîé, ñîñòîÿòåëüíîé è ýåêòèâíîé îöåíêîé âåðîÿòíîñòè p = P(A) ýòîãî ñîáûòèÿ. 15°. Ýìïèðè÷åñêàÿ óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ âûáîðêè FX∗ (x) ÿâëÿåòñÿ íåñìåùåííîé è ñîñòîÿòåëüíîé îöåíêîé óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x) ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 122 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê Òî÷å÷íîé îöåíêîé íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà θ, âîîáùå ãîâîðÿ, ìîæåò ÿâëÿòüñÿ ëþáàÿ ñòàòèñòèêà. Îäíàêî íà ïðàêòèêå èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò ëèøü íàèáîëåå "êà÷åñòâåííûå" îöåíêè, äëÿ êîòîðûõ âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî ïðè ðåàëèçàöèè ñëó÷àéíîé âûáîðêè îíè ïðèìóò çíà÷åíèå ìàêñèìàëüíî áëèçêîå ê íåèçâåñòíîìó çíà÷åíèþ θ íàèáîëüøàÿ. Òàêèå îöåíêè äîëæíû áûòü íåñìåùåííûìè, ñîñòîÿòåëüíûìè è ýåêòèâíûìè. Âîçíèêàåò âîïðîñ, êàê ïîëó÷èòü êà÷åñòâåííóþ îöåíêó äëÿ ïðîèçâîëüíîãî ïàðàìåòðà θ íàáëþäàåìîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X ? Íåñêîëüêî ñòàíäàðòíûõ ìåòîäîâ áóäóò ðàññìîòðåíû äàëåå. Îöåíêè, âû÷èñëåííûå íà îñíîâå ðàçëè÷íûõ ìåòîäîâ, ðàçëè÷àþòñÿ. Óíèâåðñàëüíîãî îòâåòà íà âîïðîñ, êàêîé èç ðàññìîòðåííûõ ìåòîäîâ ëó÷øå èëè ñëåäóåò ëè ïîëîæèòüñÿ íà äàííûé ìåòîä ïðè ðåøåíèè ëþáîé çàäà÷è, íåò. Çíà÷åíèå îöåíêè â êàæäîì êîíêðåòíîì ñëó÷àå (äëÿ ðàçíûõ âûáîðîê) îòëè÷àåòñÿ îò èñòèííîãî çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà íà íåèçâåñòíóþ âåëè÷èíó, èíà÷å ãîâîðÿ, ñóùåñòâóåò íåêîòîðàÿ äîëÿ íåîïðåäåëåííîñòè â çíàíèè äåéñòâèòåëüíîãî çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà. Êà÷åñòâî îöåíîê ìîæíî îïðåäåëèòü êîñâåííî ïóòåì ïðîâåðêè ñîãëàñîâàííîñòè ýìïèðè÷åñêèõ äàííûõ è òåîðåòè÷åñêîãî çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 123 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.1. Ìåòîä ïîäñòàíîâêè Ìåòîä ïîäñòàíîâêè (èëè àíàëîãèè) ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ïðîñòûì ìåòîäîì ïîëó÷åíèÿ òî÷å÷íûõ îöåíîê. Ìåòîä ñîñòîèò â òîì, ÷òî â êà÷åñòâå îöåíêè íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà θ âûáèðàåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùàÿ âûáîðî÷íàÿ ÷èñëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà: θb = θ∗ . Íàïðèìåð, ñîãëàñíî ìåòîäó ïîäñòàíîâêè îöåíêîé ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ áóäåò âûáîðî÷íîå ñðåäíåå, à îöåíêîé äèñïåðñèè  âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ. Âñå îöåíêè, ðàññ÷èòàííûå ïî ìåòîäó ïîäñòàíîâêè, ÿâëÿþòñÿ ñîñòîÿòåëüíûìè. Îäíàêî èõ íåñìåùåííîñòü è ýåêòèâíîñòü íå ãàðàíòèðîâàíû. Ïðèìåðîì ñìåùåííîé îöåíêè, ðàññìîòðåííîé ðàíåå, ÿâëÿåòñÿ âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 124 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Îäíèì èç íàèáîëåå óíèâåðñàëüíûõ ìåòîäîâ îöåíèâàíèÿ ïàðàìåòðîâ ÿâëÿåòñÿ ìåòîä ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ (ÌÌÏ), ïðåäëîæåííûé . Ôèøåðîì ìåæäó 1912 è 1922 ãã., õîòÿ ðàíåå îí è áûë èñïîëüçîâàí Ê.Ô. àóññîì, Ï.-Ñ. Ëàïëàñîì è äðóãèìè. Âûáåðåì óíêöèþ ïðàâäîïîäîáèÿ (ÔÏ) ñëó÷àéíîé âûáîðêè X = (X1 , X2 , ..., Xn ) îáúåìà n èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè, îïðåäåëÿåìîé íåïðåðûâíûì ïðèçíàêîì X , ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ f (x; θ) êîòîðîé èçâåñòíà ñ òî÷íîñòüþ äî ïàðàìåòðà θ ∈ Θ, â âèäå: L(x; θ) = n Y f (xi ; θ). i=1 Åñëè æå ïðèçíàê X  ÄÑ ñ âîçìîæíûìè çíà÷åíèÿìè xj , ïðè÷åì  P X = xj = pj (θ), j = 1, 2, ..., òî ÔÏ äëÿ ÄÑ îïðåäåëÿåòñÿ òàê: L(x; θ) = n Y i=1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) P(X = xi ) . Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 125 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Îïðåäåëåíèå 4.11. Îöåíêîé ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ (ÎÌÏ) ïàðàìåòðà θ íàçûâàþò ñòàb, çíà÷åíèÿ êîòîðîé äëÿ ëþáîé âûáîðêè x óäîâëåòâîðÿþò óñëîâèþ òèñòèêó θ b = max L(x; θ). L(x; θ) θ∈Θ Åñëè óíêöèÿ L(x; θ) äèåðåíöèðóåìà êàê óíêöèÿ àðãóìåíòà θ ïðè ëþáîì çíà÷åíèè x èç ìíîæåñòâà X çíà÷åíèé ñëó÷àéíîé âûáîðêè X , è ìàêñèìóì L(x; θ) äîñòèãàåòñÿ âî âíóòðåííåé òî÷êå èç Θ, òî çíà÷åíèå òî÷å÷íîé ÎÌÏ óäîâëåòâîðÿåò óðàâíåíèÿì ∂L(x; θ) = 0, ∂θs s = 1, 2, ..., m, (4.1) èëè ∂ ln L(x; θ) = 0, ∂θs È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) s = 1, 2, ..., m. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (4.2) 126 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Óðàâíåíèÿ (4.2) èìåþò òå æå ðåøåíèÿ, ÷òî è (4.1) âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî ïðè ëîãàðèìèðîâàíèè óíêöèè ìíîãèõ ïåðåìåííûõ åå òî÷êè ýêñòðåìóìà íå èçìåíÿþòñÿ. Ïðè ýòîì óðàâíåíèÿ (4.1), êàê ïðàâèëî, óïðîùàþòñÿ. Îïðåäåëåíèå 4.12. Óðàâíåíèÿ (4.2) íàçûâàþò óðàâíåíèÿìè ïðàâäîïîäîáèÿ.  ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ óðàâíåíèé ïðàâäîïîäîáèÿ îïðåäåëÿþòñÿ êðèòè÷åñêèå òî÷êè, à çàòåì èç ýòèõ òî÷åê íàäî âûáðàòü òî÷êè ëîêàëüíîãî ìàêñèìóìà.  Äëÿ íàèáîëåå âàæíûõ ñåìåéñòâ ðàñïðåäåëåíèé f (x; θ) è P X = xj = pj (θ) b. ñèñòåìà óðàâíåíèé ïðàâäîïîäîáèÿ èìååò åäèíñòâåííîå ðåøåíèå θ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 127 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ïðèìåð 4.2. Íàéòè ÎÌÏ ïàðàìåòðà λ ïîêàçàòåëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ E(λ). ◭ Ïëîòíîñòü ýòîãî ðàñïðåäåëåíèÿ åñòü f (x; θ) = θ e−θx, x > 0 (θ = λ > 0). Òîãäà L(x; θ) = n Y f (xi ; θ) = i=1 n Y θ e−θxi = θn e−θ P xi . i=1 Îòñþäà, ñíà÷àëà ëîãàðèìèðóÿ ln L(x; θ) = n ln θ − θ n X xi , i=1 à çàòåì äèåðåíöèðóÿ ïî θ îáå ÷àñòè ïðåäûäóùåãî ðàâåíñòâà, ïîëó÷èì n ∂ ln L(x; θ) n X = − xi . ∂θ θ i=1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 128 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ïðèìåð 4.2.(ïðîäîëæåíèå) Ïðèðàâíèâàÿ ïðàâóþ ÷àñòü ïîñëåäíåãî ðàâåíñòâà ê íóëþ, íàõîäèì, ÷òî Ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî θb = n/ n X xi = 1/x. i=1 ∂ 2 ln L(x; θ) n = − 2 < 0, 2 ∂θ θ äåëàåì âûâîä, ÷òî θb = 1/x  ÎÌÏ ïàðàìåòðà λ. ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 129 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ïðèìåð 4.3. Íàéòè ÎÌÏ ïàðàìåòðà λ ðàñïðåäåëåíèÿ Ïóàññîíà. ◭ Ýòî ðàñïðåäåëåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì P(X = m) = θm e−θ /m!, m > 0 (θ = λ > 0). Òîãäà L(x; θ) = n Y i=1 P(X = xi ) = n Y θ xi i=1 xi ! e−θ = θ P xi e−nθ / n Y xi !. i=1 Âû÷èñëèì ln L(x; θ) = ln θ n X i=1 xi − n θ − ln n Y xi ! i=1 è ïðîäèåðåíöèðóåì ïî θ îáå ÷àñòè ïîñëåäíåãî ðàâåíñòâà. Òîãäà n ∂ ln L(x; θ) 1 X = xi − n. ∂θ θ i=1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 130 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ïðèìåð 4.3.(ïðîäîëæåíèå) Êàê è âûøå, ïðèðàâíèâàÿ ïðàâóþ ÷àñòü ïîñëåäíåãî ðàâåíñòâà ê íóëþ, íàõîäèì, ÷òî n 1X θb = xi = x. n i=1 Èç òîãî, ÷òî âòîðàÿ ïðîèçâîäíàÿ ïî θ óíêöèè ïðàâäîïîäîáèÿ ∂ 2 ln L(x; θ) n =− 2 2 ∂θ θ îòðèöàòåëüíà, ñëåäóåò, ÷òî θb = 1/x  ÎÌÏ ïàðàìåòðà λ. ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 131 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ïðèìåð 4.4. Ïóñòü âåëè÷èíà X ðàñïðåäåëåíà ïî íîðìàëüíîìó çàêîíó, ò.å. èìååò ðàñïðåäåëåíèå N (θ), ãäå θ = {θ1 , θ2 } ≡ {a, σ 2 } (äâóìåðíûé ïàðàìåòð). Íàéòè ÎÌÏ ïàðàìåòðà θ. ◭ Ôóíêöèÿ ïðàâäîïîäîáèÿ äëÿ X èìååò ñëåäóþùèé âèä: − 2θ1 1 2 L(x; θ) = e (2πθ2 )n/2 n P (xi −θ1 )2 i=1 . Íàõîäèì ëîãàðèì óíêöèè ïðàâäîïîäîáèÿ: ln L(x; θ) = − È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) n  n 1 X ln(2 π) + ln θ2 − (xi − θ1 )2 . 2 2 θ2 i=1 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 132 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ïðèìåð 4.4.(ïðîäîëæåíèå) Îïðåäåëèì ÷àñòíûå ïðîèçâîäíûå ïî θ1 è ïî θ2 è ïðèðàâíÿåì èõ ê íóëþ: n ∂ ln L(x; θ) 1 X ≡ (xi − θ1 ) = 0, ∂θ1 θ2 i=1 n ∂ ln L(x; θ) n 1 X ≡− + (xi − θ1 )2 = 0. ∂θ2 2 θ2 2 θ22 i=1 Èç ïåðâîãî óðàâíåíèÿ íàõîäèì îöåíêó θ1 : n 1X xi ≡ x. θb1 = n i=1 Èç âòîðîãî óðàâíåíèÿ îïðåäåëèì îöåíêó θ2 : n È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 1X θb2 = (xi − x)2 ≡ s2n . n i=1 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 133 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ïðèìåð 4.4.(ïðîäîëæåíèå) Îñòàåòñÿ óáåäèòüñÿ, ÷òî òî÷êà (x, s2n )  òî÷êà ëîêàëüíîãî ìàêñèìóìà ÔÏ. Äëÿ ýòîãî íàäî âû÷èñëèòü ãåññèàí (ìàòðèöó âòîðûõ ïðîèçâîäíûõ ïî θ1 è ïî θ2 ) óíêöèè L â òî÷êå (x, s2n ):   n n 1 X − − 2 (xi − θ1 )   θ2 θ2 i=1   H(x, s2 ) =   n n  1 X 1 X n 2 − 2 (xi − θ1 ) − (x − θ ) i 1 θ2 i=1 2 θ22 θ23 i=1 = (x,s2n )   n   s2n = n . 0 − 4 2 sn − Îïðåäåëèòåëü Îòñþäà, ñ ó÷åòîì îòðèöàòåëüíîñòè  ′′ ýòîé ìàòðèöû ïîëîæèòåëåí. b = (x, s2 )  ÎÌÏ ïàðàìåòðà θ. ◮ ln L(x; θ) θ1 θ1 , ñëåäóåò, ÷òî θ n È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 134 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Ñâîéñòâà îöåíîê ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ 1°. Èíâàðèàíòíîñòü. Åñëè îöåíèâàåòñÿ íåêîòîðàÿ âçàèìíî îäíîçíà÷íàÿ ïà- d = h(θ) b. ðàìåòðè÷åñêàÿ óíêöèÿ h(θ), òî åå ÎÌÏ h(θ) Ýòî ñîîòíîøåíèå î÷åâèäíî, òàê êàê òî÷êè ìàêñèìóìà ÔÏ, íàéäåííûå ïî θ è ïî h(θ), ñîâïàäàþò. Èç ýòîãî ñâîéñòâà ñëåäóåò, ÷òî äëÿ íàõîæäåíèÿ ÎÌÏ ìîæíî âûáèðàòü íàèáîëåå óäîáíóþ ïàðàìåòðèçàöèþ, à ÎÌÏ ïîëó÷àòü çàòåì ñ ïîìîùüþ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðåîáðàçîâàíèé. 2°. ÎÌÏ àñèìïòîòè÷åñêè íåñìåùåíû, ñîñòîÿòåëüíû è ïðè íåêîòîðûõ äîïîëíèòåëüíûõ ïðåäïîëîæåíèÿõ î ìîäåëè àñèìïòîòè÷åñêè íîðìàëüíû. 3°. Åñëè îöåíêè ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ àñèìïòîòè÷åñêè íîðìàëüíû, òî îíè è àñèìïòîòè÷åñêè ýåêòèâíû, ò.å. h i θb → 1/I(θ). D È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 135 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.2. Ìåòîä ÌÏ Îñíîâíîé íåäîñòàòîê ìåòîäà ÌÏ  òðóäíîñòü âû÷èñëåíèÿ îöåíîê, ñâÿçàííûõ ñ ðåøåíèåì óðàâíåíèé ïðàâäîïîäîáèÿ, ÷àùå âñåãî íåëèíåéíûõ. Ñóùåñòâåííî òàêæå è òî, ÷òî äëÿ ïîñòðîåíèÿ ÎÌÏ è îáåñïå÷åíèÿ èõ "õîðîøèõ" ñâîéñòâ íåîáõîäèìî òî÷íîå çíàíèå òèïà àíàëèçèðóåìîãî çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ f (x; θ), ÷òî âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ íåâîçìîæíî. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 136 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Ìåòîä ìîìåíòîâ, ïðåäëîæåííûé Ê. Ïèðñîíîì â 1894 ã. è ÿâëÿþùèéñÿ îäíèì èç íàèáîëåå ïðîñòûõ ïðèåìîâ ïîñòðîåíèÿ îöåíîê, ïîëó÷èë ñàìîå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â ïðàêòèêå ñòàòèñòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé, òàê êàê, âî-ïåðâûõ, íå òðåáóåò çíàíèÿ çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ âûáîðî÷íûõ äàííûõ; âî-âòîðûõ, äîñòàòî÷íî õîðîøî ðàçðàáîòàí â ïëàíå âû÷èñëèòåëüíîé ðåàëèçàöèè. Ñóùíîñòü ìåòîäà  âûáèðàåòñÿ ñòîëüêî ýìïèðè÷åñêèõ ìîìåíòîâ, ñêîëüêî òðåáóåòñÿ îöåíèòü íåèçâåñòíûõ ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèÿ. Æåëàòåëüíî ïðèìåíÿòü ìîìåíòû ìëàäøèõ ïîðÿäêîâ, òàê êàê ïîãðåøíîñòè âû÷èñëåíèÿ îöåíîê ðåçêî âîçðàñòàþò ñ óâåëè÷åíèåì ïîðÿäêà ìîìåíòà;  âû÷èñëåííûå ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì îöåíêè ìîìåíòîâ ïðèðàâíèâàþòñÿ ê òåîðåòè÷åñêèì ìîìåíòàì;  ïàðàìåòðû ðàñïðåäåëåíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ ÷åðåç ìîìåíòû, è ñîñòàâëÿþòñÿ óðàâíåíèÿ, âûðàæàþùèå çàâèñèìîñòü ïàðàìåòðîâ îò ìîìåíòîâ, â ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåòñÿ ñèñòåìà óðàâíåíèé. åøåíèå ýòîé ñèñòåìû äàåò îöåíêè ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 137 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Ïóñòü ìû èìååì âûáîðêó X1 , X2 , ..., Xn èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ñ òåîðåòè÷åñêîé óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ F (x), ïðèíàäëåæàùåé ïàðàìåòðè÷åñêîìó ñåìåéñòâó F (x; θ) íåèçâåñòíûìè ïàðàìåòðàìè θ = {θ1 , θ2 , ..., θk }, êîòîðûå íóæíî îöåíèòü. Ïîñêîëüêó íàì èçâåñòåí âèä òåîðåòè÷åñêîé óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ, ìû ìîæåì âû÷èñëèòü ïåðâûå k òåîðåòè÷åñêèõ ìîìåíòîâ. Ýòè ìîìåíòû, ðàçóìååòñÿ, áóäóò çàâèñåòü îò k íåèçâåñòíûõ ïàðàìåòðîâ θ1 , θ2 , ..., θk : E[X] = α (θ , θ , ..., θ ),   = E X = α (θ , θ , ..., θ ), α1 = α2 1 2 2 1 1 2 2 k k ... ... ... ... ... ... ...  k X = αk (θ1 , θ2 , ..., θk ). αk = E È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 138 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Îáîñíîâàíèå ìåòîäà ìîìåíòîâ çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì: òàê êàê âûáîðî÷íûå ìîìåíòû ÿâëÿþòñÿ ñîñòîÿòåëüíûìè îöåíêàìè òåîðåòè÷åñêèõ ìîìåíòîâ, ìû ìîæåì â íàïèñàííîé ñèñòåìå ðàâåíñòâ ïðè áîëüøîì îáúåìå âûáîðêè n òåîðåòè÷åñêèå ìîìåíòû α1 , α2 , ..., αk çàìåíèòü íà âûáîðî÷íûå x, x2 , ..., xk , à çàòåì, ðåøàÿ ýòó ñèñòåìó îòíîñèòåëüíî θ1 , θ2 , ..., θk íàéòè îöåíêè íåèçâåñòíûõ ïàðàìåòðîâ. Òàêèì îáðàçîì, â ìåòîäå ìîìåíòîâ îöåíêè θb1 , θb2 , ..., θbk íåèçâåñòíûõ ïàðàìåòðîâ θ1 , θ2 , ..., θk îïðåäåëÿþòñÿ èç ñèñòåìû óðàâíåíèé x = α1 (θb1 , θb2 , ..., θbk ), x2 = α2 (θb1 , θb2 , ..., θbk ), ... ... ... ... ... ... ... xk = αk (θb1 , θb2 , ..., θbk ). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 139 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ïðè óñëîâèè íåïðåðûâíîé çàâèñèìîñòè ðåøåíèÿ ýòîé ñèñòåìû îò íà÷àëüíûõ óñëîâèé x, x2 , ..., xk îöåíêè, ïîëó÷åííûå ìåòîäîì ìîìåíòîâ, áóäóò ñîñòîÿòåëüíûìè (ýòî ñëåäñòâèå ñîñòîÿòåëüíîñòè âûáîðî÷íûõ ìîìåíòîâ êàê îöåíîê ãåíåðàëüíûõ ìîìåíòîâ). Áîëåå òîãî, ñïðàâåäëèâà ñëåäóþùàÿ òåîðåìà. Òåîðåìà 4.2 (àñèìïòîòè÷åñêàÿ íîðìàëüíîñòü îöåíîê, ïîëó÷åííûõ ìåòîäîì ìîìåíòîâ). Ïðè íåêîòîðûõ óñëîâèÿõ, íàëîæåííûõ íà ñåìåéñòâî F (x; θ), ñîâìåñòíîå ðàñïðåäåëåíèå ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí √ √ √ n (θb1 − θ1 ), n (θb2 − θ2 ), ..., n (θbk − θk ) ïðè n → +∞ ñõîäèòñÿ ê (ìíîãîìåðíîìó) íîðìàëüíîìó çàêîíó ñ íóëåâûìè ñðåäíèìè è ìàòðèöåé êîâàðèàöèé, çàâèñÿùåé îò òåîðåòè÷åñêèõ íà÷àëüíûõ ìîìåíòîâ α1 , ..., α2k è ìàòðèöû {∂αi /∂θj }. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 140 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Âîîáùå ãîâîðÿ, â ìåòîäå ìîìåíòîâ íå îáÿçàòåëüíî èñïîëüçîâàòü ïåðâûå íà÷àëüíûå k ìîìåíòîâ. Âîçìîæíî ïðèìåíåíèå è öåíòðàëüíûõ ìîìåíòîâ. Áîëåå òîãî, ìîæíî ðàññìàòðèâàòü ìîìåíòû íå îáÿçàòåëüíî öåëîãî ïîðÿäêà. Èíîãäà äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ìåòîäå ìîìåíòîâ ïðèâëåêàþò áîëåå èëè ìåíåå ïðîèçâîëüíûå óíêöèè g1 (x), g2 (x), ..., gk (x) ñðàâíèâàÿ âûáîðî÷íûå ñðåäíèå  1 g1 (X1 ) + g1 (X2 ) + ... + g1 (Xn ) , ... n  1 gk (x) = gk (X1 ) + gk (X2 ) + ... + gk (Xn ) n g1 (x) = óíêöèé g1 (X), g2 (X), ..., gk (X) ñ òåîðåòè÷åñêèìè ñðåäíèìè α1 [g1 (X)] = È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) E[g (X)], 1 ..., α1 [gk (X)] = Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà E[g (X)] . k 141 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Ïðèìåð 4.5. Ïóñòü âûáîðêà X1 , X2 , ..., Xn ïðîèçâåäåíà èç íîðìàëüíîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ñ èçâåñòíûì ñðåäíèì a è íåèçâåñòíîé äèñïåðñèåé σ 2 = θ. Ïîïðîáóåì äëÿ îöåíèâàíèÿ θ ïðèìåíèòü ìåòîä ìîìåíòîâ, âçÿâ âûáîðî÷íîå ñðåäíåå x. Íî òåîðåòè÷åñêîå ñðåäíåå α1 = a íå çàâèñèò îò ïàðàìåòðà θ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî èñïîëüçîâàíèå âûáîðî÷íîãî ñðåäíåãî äëÿ îöåíèâàíèÿ íåèçâåñòíîé äèñïåðñèè íåïðàâîìî÷íî è íóæíî ïðèâëåêàòü ìîìåíòû äðóãèõ ïîðÿäêîâ.  ÷àñòíîñòè, ïðèìåíÿÿ âòîðîé âûáîðî÷íûé ìîìåíò x2 è âñïîìèíàÿ, ÷òî α2 = θ + a2 , ïîëó÷àåì îöåíêó θb = x2 − a2 . Ïðèìåð 4.6. Òåïåðü ïðåäïîëîæèì, ÷òî äëÿ íîðìàëüíîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè è ñðåäíåå a = θ1 , è äèñïåðñèÿ σ 2 = θ2 íåèçâåñòíû. Èç óðàâíåíèé ìåòîäà ìîìåíòîâ ñëåäóåò, ÷òî ò.ê. a = α1 [X] = θb1 = x, E[X] = θ , σ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 1 2 θb2 = s20 , = µ2 [X] = E(X − a)  = θ . Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 2 2 142 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Ïðèìåð 4.7. Ïóñòü èìåþòñÿ ðåçóëüòàòû xi ñáîðà äàííûõ ïî îáìåííîìó êóðñó òóãðèêîâ íà àíòèêè ïî îòäåëåíèÿì ðàçíûõ áàíêîâ â îäèí èç äíåé. Ýòè çíà÷åíèÿ â âèäå âàðèàöèîííîãî ðÿäà ïðåäñòàâëåíû â òàáë. Òàáë. 4.1 i xi i xi i xi i xi i xi 1 25,79 11 26,74 21 27,30 31 28,01 41 28,99 2 25,98 12 26,85 22 27,38 32 28,10 42 29,03 3 25,98 13 26,90 23 27,40 33 28,11 43 29,12 4 26,12 14 26,91 24 27,49 34 28,37 44 29,28 5 26,13 15 26,96 25 27,64 35 28,38 6 26,49 16 27,02 26 27,66 36 28,50 7 26,52 17 27,11 27 27,71 37 28,63 8 26,60 18 27,19 28 27,78 38 28,67 9 26,66 19 27,21 29 27,89 39 28,90 10 26,69 20 27,28 30 27,89 40 28,99 Ïðåäïîëîæèì, ÷òî Ñ X , âûáîðêà çíà÷åíèé êîòîðîé ïðåäñòàâëåíà â òàáë., èìååò ãàììà-ðàñïðåäåëåíèå. Íåîáõîäèìî íàéòè îöåíêè ïàðàìåòðîâ ýòîãî ðàñïðåäåëåíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 143 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Ïðèìåð 4.7.(ïðîäîëæåíèå) ◭ Ïëîòíîñòü ãàììà-ðàñïðåäåëåíèÿ èìååò âèä f (x; λ, ν) = λν ν−1 x exp(−λ x), Γ (ν) x > 0, λ > 0, ν > 0. àñïðåäåëåíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ äâóìÿ ïàðàìåòðàìè ν = θ1 è λ = θ2 , ïîýòîìó ñëåäóåò âûðàçèòü îäèí ïàðàìåòð ÷åðåç îöåíêó ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ, à äðóãîé  ÷åðåç îöåíêó äèñïåðñèè. Ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå è äèñïåðñèÿ ýòîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ðàâíû ν/λ è ν/λ2 ñîîòâåòñòâåííî. Èõ îöåíêè: x = 27,51, s2 = 0,91. Òîãäà ïîëó÷èì ñèñòåìó óðàâíåíèé äëÿ îöåíèâàåìûõ ïàðàìåòðîâ n θ1 1 X = xi = x, θ2 n i=1 n 2 θ1 1 X = xi − x = s2 . 2 θ2 n − 1 i=1 àçäåëèâ îöåíêó ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ íà îöåíêó äèñïåðñèè, ïîëó÷èì θb1 = x/s2 = 30,12, à ñëåäîâàòåëüíî, θb2 = θb1 x = 828,6. ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 144 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.3. Ìåòîä ìîìåíòîâ Ìåòîä ìîìåíòîâ ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ñîñòîÿòåëüíûå, ñìåùåííûå îöåíêè. Îíè ïðè äîâîëüíî îáùèõ óñëîâèÿõ ðàñïðåäåëåíû àñèìïòîòè÷åñêè íîðìàëüíî. Ñìåùåíèå óäàåòñÿ óñòðàíèòü ââåäåíèåì ïîïðàâîê. Ýåêòèâíîñòü îöåíîê íåâûñîêàÿ (ñóùåñòâåííî ìåíüøå åäèíèöû), ò.å. äàæå ïðè áîëüøèõ îáúåìàõ âûáîðîê äèñïåðñèÿ îöåíîê îòíîñèòåëüíî âåëèêà (çà èñêëþ÷åíèåì íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ, äëÿ êîòîðîãî ìåòîä ìîìåíòîâ äàåò àñèìïòîòè÷åñêè ýåêòèâíûå îöåíêè).  ðåàëèçàöèè ìåòîä ìîìåíòîâ ïðîùå ìåòîäà ìàêñèìàëüíîãî ïðàâäîïîäîáèÿ. Ýòîò ìåòîä öåëåñîîáðàçíî ïðèìåíÿòü äëÿ îöåíêè íå áîëåå ÷åì ÷åòûðåõ ïàðàìåòðîâ, òàê êàê òî÷íîñòü âûáîðî÷íûõ ìîìåíòîâ ðåçêî ïàäàåò ñ óâåëè÷åíèåì èõ ïîðÿäêà. Èíîãäà èç-çà ñâîåé ïðîñòîòû îíè èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå íà÷àëüíîãî ïðèáëèæåíèÿ äëÿ íàõîæäåíèÿ áîëåå òî÷íûõ îöåíîê. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 145 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.4. ÌÍÊ àññìîòðèì óíêöèþ èçâåñòíîãî âèäà ψ(θ, x) îò íåèçâåñòíîãî âåêòîðíîãî ïàðàìåòðà θ = {θ1 , θ2 , ..., θk } è ìíîãîìåðíîé íåñëó÷àéíîé ïåðåìåííîé x = {x1 , x2 , ..., xs }, õàðàêòåðèçóþùåé óñëîâèÿ ïðîâåäåíèÿ ñëó÷àéíîãî ýêñïåðèìåíòà (íàáëþäåíèÿ). Ïóñòü â ðåçóëüòàòå i-ãî ýêñïåðèìåíòà (íàáëþäåíèÿ) ìû ðåãèñòðèðóåì (ïðè òî÷íîì çíàíèè âåëè÷èíû "ñîïóòñòâóþùåé" ïåðåìåííîé xi ) çíà÷åíèå yi óíêöèè ψ(θ, xi ) ñî ñëó÷àéíîé îøèáêîé εi : Yi = ψ(θ, xi ) + εi , i = 1, 2, ..., n. Òðåáóåòñÿ ïî íàáëþäåíèÿì (y1 , x1 ), ..., (yn , xn ) êàê ìîæíî òî÷íåå îöåíèòü ïàðàìåòðû θ1 , θ2 , ..., θk .  îòëè÷èå îò äðóãèõ ñõåì îöåíèâàíèÿ â äàííîì ñëó÷àå ìû íå îáÿçàíû çàäàâàòüñÿ îáùèì âèäîì çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ îøèáîê εi (à ñëåäîâàòåëüíî, è ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí Yi ). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 146 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.4. ÌÍÊ Îïðåäåëåíèå 4.13. bLS íåèçâåñòíîãî ïàðàÌåòîä íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ îïðåäåëÿåò îöåíêó θ ìåòðà θ èç óñëîâèÿ n n X X    2 bLS , xi ) 2 = min yi − ψ(θ yi − ψ(θ, xi ) . i=1 b θ (4.3) i=1 Ïðè âåñüìà îáùèõ ïðåäïîëîæåíèÿõ î ïðèðîäå ñëó÷àéíûõ îøèáîê ε è ñòðóêòóðå óíêöèé ψ(θ, x) îöåíêè, óäîâëåòâîðÿþùèå ñîîòíîøåíèþ (4.3), ÿâëÿþòñÿ ñîñòîÿòåëüíûìè, àñèìïòîòè÷åñêè íåñìåùåííûìè, àñèìïòîòè÷åñêè íîðìàëüíûìè è àñèìïòîòè÷åñêè ýåêòèâíûìè. Âàðèàíòû ïðèìåíåíèÿ ÌÍÊ: ïîñòðîåíèå âûáîðî÷íûõ óðàâíåíèé; ìåòîä ìèíèìóìà χ2 . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 147 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.5. Ìåòîä êâàíòèëåé Ñóùíîñòü ìåòîäà êâàíòèëåé ñõîæà ñ ìåòîäîì ìîìåíòîâ: âûáèðàåòñÿ ñòîëüêî êâàíòèëåé, ñêîëüêî òðåáóåòñÿ îöåíèòü ïàðàìåòðîâ; íåèçâåñòíûå òåîðåòè÷åñêèå êâàíòèëè, âûðàæåííûå ÷åðåç ïàðàìåòðû ðàñïðåäåëåíèÿ, ïðèðàâíèâàþòñÿ ê ýìïèðè÷åñêèì êâàíòèëÿì: xpk (θ) = x bpk , k = 1, 2, ..., m, θ ∈ Θ ⊂ Rm . åøåíèå ïîëó÷åííîé ñèñòåìû óðàâíåíèé äàåò èñêîìûå îöåíêè ïàðàìåòðîâ. Ïðè ýòîì îáû÷íî âûáèðàþòñÿ êâàíòèëè óðîâíåé p = 1/4, p = 1/2, p = 3/4, ò.å. íèæíèé è âåðõíèé êâàðòèëè è ìåäèàíà. Äèñïåðñèÿ âûáîðî÷íîãî êâàíòèëÿ x bp îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòó ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ â îêðåñòíîñòÿõ òî÷êè xp . Ïîýòîìó ñëåäóåò âûáèðàòü êâàíòèëè âáëèçè òåõ çíà÷åíèé x, â êîòîðûõ ïëîòíîñòü âåðîÿòíîñòè ìàêñèìàëüíà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 148 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.5. Ìåòîä êâàíòèëåé Ïðèìåð 4.8. Îöåíèòü ìåòîäîì êâàíòèëåé ïàðàìåòðû íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû, âûáîðî÷íûå çíà÷åíèÿ êîòîðîé ïðåäñòàâëåíû â ñëåäóþùåé òàáëèöå: i xi i xi i xi i xi 1 25,79 12 26,85 23 27,40 34 28,37 2 25,98 13 26,90 24 27,49 35 28,38 3 25,98 14 26,91 25 27,64 36 28,50 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 4 26,12 15 26,96 26 27,66 37 28,63 5 26,13 16 27,02 27 27,71 38 28,67 6 26,49 17 27,11 28 27,78 39 28,90 7 26,52 18 27,19 29 27,89 40 28,99 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 8 26,60 19 27,21 30 27,89 41 28,99 9 26,66 20 27,28 31 28,01 42 29,03 10 26,69 21 27,30 32 28,10 43 29,12 11 26,74 22 27,38 33 28,11 44 29,28 149 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.5. Ìåòîä êâàíòèëåé Ïðèìåð 4.8.(ïðîäîëæåíèå) ◭ Ïðåæäå âñåãî âû÷èñëèì: x = 27,51, s2 = 0,91, s = 0,95. Òàê êàê òðåáóåòñÿ îïðåäåëèòü äâà ïàðàìåòðà ðàñïðåäåëåíèÿ θ1 = a è θ2 = σ 2 , òî âûáåðåì èç âàðèàöèîííîãî ðÿäà äâå ýìïèðè÷åñêèõ êâàðòèëÿ x b0,25 è x b0,75 , ðàâíûå x b0,25 = x(11) = 26,74, x b0,75 = x(44−11+1) = x(34) = 28,37. Ïðè ýòîì óðàâíåíèÿ äëÿ âû÷èñëåíèÿ îöåíîê èìåþò âèä x0,25 (θ) = x b0,25 , x0,75 (θ) = x b0,75 . Åñëè ó÷åñòü, ÷òî äëÿ íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ x − a FN (x) = Φ + 0,5, σ (4.4) ãäå Φ(x)  óíêöèÿ Ëàïëàñà, òî äëÿ ãåíåðàëüíîãî êâàíòèëÿ ìîæíî ïîëó÷èòü xp ñîîòíîøåíèå   xp −ñòàòèñòèêà a È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ 150 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.5. Ìåòîä êâàíòèëåé Ïðèìåð 4.8.(ïðîäîëæåíèå) Îòñþäà xp = a + σ Φ−1 (p − 0,5), à óðàâíåíèÿ (4.4) ïðèìóò âèä p p x0,25 ≡ θ1 + θ2 Φ−1 (−0,25) = x b0,25 , x0,75 ≡ θ1 + θ2 Φ−1 (0,25) = x b0,75 . Ó÷èòûâàÿ íå÷åòíîñòü óíêöèè Φ−1 (p), ïîëó÷èì p p θ1 − θ2 Φ−1 (0,25) = x b0,25 , θ1 + θ2 Φ−1 (0,25) = x b0,75 , îòêóäà x b0,25 + x b0,75 b a = θb1 = = tq , 2 σ b= p x b0,75 − x b0.,25 q d θ2 = = = 0,7414 q, −1 2 Φ (0,25) 2 · 0,6745 σ b2 = θb2 = 0,5495 q 2, ãäå äëÿ îðìèðîâàíèÿ èñêîìûõ îöåíîê èñïîëüçîâàíû ñòàòèñòèêè ïîëóñóììû âûáîðî÷íûõ êâàðòèëåé tq è èíòåðêâàðòèëüíîé øèðîòû q . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 151 / 297 4.2. Ìåòîäû ïîëó÷åíèÿ îöåíîê. 4.2.5. Ìåòîä êâàíòèëåé Ïðèìåð 4.8.(ïðîäîëæåíèå) Èñïîëüçóÿ âûáîðî÷íûå êâàíòèëè äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé âûáîðêè, ïîëó÷èì b a= 26,74 + 28,37 = 27,56, 2 σ b= 28,37 − 26,74 = 1,2083. 2 · 0,6745 Íàïîìíèì, ÷òî x = 27,51, s2 = 0,91, s = 0,95. ◮ Ìåòîä êâàíòèëåé ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü àñèìïòîòè÷åñêè íîðìàëüíûå îöåíêè, îäíàêî îíè íåñóò â ñåáå íåêîòîðûé ñóáúåêòèâèçì, ñâÿçàííûé ñ îòíîñèòåëüíî ïðîèçâîëüíûì âûáîðîì êâàíòèëåé. Ýåêòèâíîñòü îöåíîê íå âûøå ìåòîäà ìîìåíòîâ. Îïðåäåëåíèå æå îöåíîê ìîæåò ïðèâîäèòü ê íåîáõîäèìîñòè ÷èñëåííîãî ðåøåíèÿ äîñòàòî÷íî ñëîæíûõ ñèñòåì óðàâíåíèé.  ñèëó ñîñòîÿòåëüíîñòè âûáîðî÷íûõ êâàíòèëåé êàê îöåíîê ãåíåðàëüíûõ êâàíòèëåé îöåíêè ìåòîäà êâàíòèëåé ñîñòîÿòåëüíû. Îñíîâíûì èõ äîñòîèíñòâîì, êàê è ìåòîäà ìîìåíòîâ, ÿâëÿåòñÿ ñðàâíèòåëüíàÿ ïðîñòîòà èõ âû÷èñëåíèÿ â îòëè÷èå îò ÎÌÏ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 152 / 297 àçäåë 5. Èíòåðâàëüíûå îöåíêè ïàðàìåòðîâ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 153 / 297 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Òî÷å÷íûå îöåíêè, ðàññìîòðåííûå ðàíåå, õîòÿ è ÿâëÿþòñÿ ÷èñëåííûìè, íî íå äàþò âñåé æåëàòåëüíîé èíîðìàöèè îá îöåíèâàåìûõ ãåíåðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ. Êàê ïðàâèëî, òî÷å÷íàÿ îöåíêà íå ñîâïàäàåò ñ îöåíèâàåìûì ïàðàìåòðîì è áîëåå ðàçóìíî áûëî áû óêàçûâàòü òå äîïóñòèìûå ãðàíèöû, â êîòîðûõ ìîæåò íàõîäèòüñÿ íåèçâåñòíûé ïàðàìåòð θ ïðè íàáëþäåííîé âûáîðêå. Îáîñíîâàòü íåîáõîäèìîñòü èíòåðâàëüíûõ îöåíîê ìîæíî è òàê: åñëè äëÿ âûáîðîê áîëüøîãî îáúåìà òî÷íîñòü îáû÷íî áûâàåò äîñòàòî÷íîé (ïðè óñëîâèè íåñìåùåííîñòè, ýåêòèâíîñòè è ñîñòîÿòåëüíîñòè îöåíîê), òî äëÿ âûáîðîê íåáîëüøîãî îáúåìà âîïðîñ òî÷íîñòè îöåíîê ñòàíîâèòñÿ î÷åíü âàæíûì. Åñëè, íàïðèìåð, x = 10, òî íåÿñíî, íàñêîëüêî òî÷íî ÷èñëî 10 îöåíèâàåò íåèçâåñòíîå ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå mX . Ìû ëèøü çíàåì íåêîòîðûå êà÷åñòâåííûå ñâîéñòâà X , òàêèå êàê ñîñòîÿòåëüíîñòü è íåñìåùåííîñòü, êîòîðûå äàþò óâåðåííîñòü, ÷òî X  õîðîøàÿ îöåíêà ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè âîçìîæíûìè. À ñëåäîâàëî áû ñâÿçàòü òî÷å÷íóþ îöåíêó ñ îáúåìîì âûáîðêè, âûðàáîòàòü âåðîÿòíîñòíûå ïîêàçàòåëè åå òî÷íîñòè è íàäåæíîñòè. Ýòè âîïðîñû ðåøàþòñÿ â òåîðèè èíòåðâàëüíîãî îöåíèâàíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 154 / 297 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Ïóñòü X  ñëó÷àéíàÿ âûáîðêà îáúåìà n èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X ñ óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x; θ), çàâèñÿùåé îò ïàðàìåòðà θ, çíà÷åíèå êîòîðîãî íåèçâåñòíî. Ê ñîæàëåíèþ, â ïîäàâëÿþùåì áîëüøèíñòâå âàæíûõ äëÿ ïðàêòèêè ñëó÷àåâ ïðè ëþáîé ñëó÷àéíîé âûáîðêå X äîñòîâåðíàÿ îáëàñòü, â êîòîðîé ìîæåò íàõîäèòüñÿ íåèçâåñòíûé ïàðàìåòð θ, ñîâïàäàåò ñî âñåé âîçìîæíîé îáëàñòüþ èçìåíåíèÿ ýòîãî ïàðàìåòðà, ïîñêîëüêó òàêóþ âûáîðêó ìû ìîæåì ïîëó÷èòü ñ íåíóëåâîé âåðîÿòíîñòüþ (èëè ïëîòíîñòüþ ðàñïðåäåëåíèÿ) ïðè êàæäîì çíà÷åíèè θ. Ïîýòîìó ïðèõîäèòñÿ îãðàíè÷èâàòüñÿ íàõîæäåíèåì ãðàíèö èçìåíåíèÿ íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà ñ íåêîòîðîé íàïåðåä çàäàííîé ñòåïåíüþ äîâåðèÿ èëè äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòüþ (ÄÂ). Ïóñòü θ  íåèçâåñòíàÿ ÷èñëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà èëè ïàðàìåòð ãåíåðàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 155 / 297 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Îïðåäåëåíèå 5.1. Åñëè âûïîëíÿåòñÿ ñîîòíîøåíèå  P θ1 < θ < θ2 = γ, (5.1) òî èíòåðâàë (θ 1 , θ2 ) íàçûâàåòñÿ äîâåðèòåëüíûì èíòåðâàëîì (ÄÈ), êîòîðûé íàêðûâàåò íåèçâåñòíóþ õàðàêòåðèñòèêó θ ñ äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòüþ γ . Çäåñü θ 1 = θ 1 (X), θ 2 = θ 2 (X)  èçâåñòíûå óíêöèè ñëó÷àéíîé âûáîðêè X , ò.å. ñòàòèñòèêè; ñîîòâåòñòâåííî íèæíÿÿ è âåðõíÿÿ ãðàíèöû èíòåðâàëüíîé îöåíêè, ìåæäó êîòîðûìè ñîäåðæèòñÿ íåèçâåñòíîå èñòèííîå çíà÷åíèå θ. Èíòåðâàëüíàÿ îöåíêà (θ 1 , θ2 ) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èíòåðâàë ñî ñëó÷àéíûìè ãðàíèöàìè, êîòîðûé ñ çàäàííîé âåðîÿòíîñòüþ γ íàêðûâàåò íåèçâåñòíîå èñòèííîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà θ. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ðàçëè÷íûõ ðåàëèçàöèé ñëó÷àéíîé âûáîðêè X , ò.å. äëÿ ðàçëè÷íûõ ýëåìåíòîâ âûáîðî÷íîãî ïðîñòðàíñòâà S ñòàòèñòèêè θ1 (X) è θ2 (X) ìîãóò ïðèíèìàòü ðàçëè÷íûå çíà÷åíèÿ. Áîëåå òîãî, ñîãëàñíî (5.1), ñóùåñòâóåò ïîäìíîæåñòâî K ⊂ S òàêîå, ÷òî åñëè X ∈ K,  òî θ ∈ / θ1 (X), θ2 (X) . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 156 / 297 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Îïðåäåëåíèå 5.2. ×èñëî γ òàêæå íàçûâàåòñÿ íàäåæíîñòüþ, ñ êîòîðîé äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë íàêðûâàåò ïàðàìåòð θ. ×èñëî α = 1 − θ íàçûâàåòñÿ óðîâíåì çíà÷èìîñòè. Ïðè ýòîì ñîáûòèå âåðîÿòíîñòè 1−γ ìîæíî ñ÷èòàòü ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíûì. àçóìååòñÿ, âûáîð Ä ïîëíîñòüþ çàâèñèò îò èññëåäîâàòåëÿ.  ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêå îáû÷íî èñïîëüçóþò çíà÷åíèÿ äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòè 0,9; 0,95; 0,99; 0,995; ðåæå 0,999; 0,9999 è ò.ä. Îòìåòèì, ÷òî Ä γ íè â êîåé ìåðå íå ÿâëÿåòñÿ âåðîÿòíîñòüþ γ ïðèíàäëåæíîñòè íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà θ äîâåðèòåëüíîìó èíòåðâàëó (θ1 , θ 2 ), ïîñêîëüêó, êàê ìû ïðåäïîëîæèëè ñ ñàìîãî íà÷àëà, àïðèîðíûå ñâåäåíèÿ î ïàðàìåòðå θ, â ÷àñòíîñòè î åãî ðàñïðåäåëåíèè, îòñóòñòâóþò. Êîãäà ãîâîðÿò, ÷òî íåèçâåñòíûé ïàðàìåòð θ íå ìîæåò âûéòè çà ãðàíèöó ÄÈ (θ1 , θ 2 ), êîíñòàòèðóþò òîëüêî, ÷òî åñëè ïðè ëþáîì èñòèííîì çíà÷åíèè γ â ðåçóëüòàòå ýêñïåðèìåíòà ïîëó÷åíà âûáîðêà X , à çàòåì ïî íåé ïîñòðîåí ÄÈ (θ 1 , θ2 ), òî ýòîò èíòåðâàë ñ âåðîÿòíîñòüþ γ íàêðîåò çíà÷åíèå θ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 157 / 297 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Ñòàòèñòèêè θ1 è θ 2 â ñîîòíîøåíèè (5.1) ÿâëÿþòñÿ òî÷å÷íûìè îöåíêàìè θ. Îäíà äàåò ëåâóþ, à äðóãàÿ  ïðàâóþ ãðàíèöû, ìåæäó êîòîðûìè ñîäåðæèòñÿ θ ñ íàäåæíîñòüþ γ . Îïðåäåëåíèå 5.3. Ïîëîâèíà äëèíû äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà ∆= θ2 − θ1 2 (5.2) íàçûâàåòñÿ òî÷íîñòüþ èíòåðâàëüíîãî îöåíèâàíèÿ, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ âåðîÿòíîñòíîé õàðàêòåðèñòèêîé òî÷íîñòè îöåíèâàíèÿ ïàðàìåòðà θ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 158 / 297 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè  íåêîòîðûõ ñèòóàöèÿõ (íàïðèìåð, ïðè ðàññìîòðåíèè äèñêðåòíûõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí) âìåñòî ðàâåíñòâà (5.1) óäàåòñÿ îáåñïå÷èòü ëèøü íåðàâåíñòâî  P θ1 < θ < θ2 > γ, (5.3) ò.å. ïîñòðîèòü èíòåðâàëüíóþ îöåíêó äëÿ ïàðàìåòðà θ ñ êîýèöèåíòîì äîâåðèÿ, íå ìåíüøèì γ . Èíîãäà òðåáóåòñÿ îöåíèòü ïàðàìåòð θ òîëüêî ñíèçó èëè òîëüêî ñâåðõó. Ïðè ýòîì, åñëè  P θ1 < θ = γ, (5.4) òî ñòàòèñòèêó θ1 íàçûâàþò îäíîñòîðîííåé íèæíåé γ -äîâåðèòåëüíîé ãðàíèöåé äëÿ ïàðàìåòðà θ. Àíàëîãè÷íî, åñëè  P θ < θ2 = γ, (5.5) òî ñòàòèñòèêó â θ2 íàçûâàþò îäíîñòîðîííåé âåðõíåé γ -äîâåðèòåëüíîé ãðàíèöåé äëÿ ïàðàìåòðà θ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 159 / 297 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Äîâåðèòåëüíûå èíòåðâàëû ìîæíî îïðåäåëèòü, ñëåäóÿ Þ. Íåéìàíó, ò.å. îïèðàÿñü íà òî÷å÷íûå îöåíêè. Ïî çàäàííîé îöåíêå θb äîâåðèòåëüíûå èíòåðâàëû äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòè γ ìîæíî ïîñòðîèòü ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè. Íà ïðàêòèêå îáû÷íî èñïîëüçóþò äâà òèïà äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëîâ: ñèììåòðè÷íûå è îäíîñòîðîííèå. Îãðàíè÷èìñÿ îïèñàíèåì ïðîöåäóðû ïîñòðîåíèÿ ñèììåòðè÷íûõ äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëîâ. Îäíîñòîðîííèå äîâåðèòåëüíûå èíòåðâàëû íàõîäÿòñÿ ñîâåðøåííî àíàëîãè÷íî. Ïóñòü òåïåðü èçâåñòíà îäíà òî÷å÷íàÿ îöåíêà θb ãåíåðàëüíîé ÷èñëîâîé õàðàêòåðèñòèêè èëè ïàðàìåòðà ðàñïðåäåëåíèÿ θ. Îïðåäåëåíèå 5.4. Åñëè âûïîëíÿåòñÿ ñîîòíîøåíèå   b < ∆ = γ, P |θ − θ| (5.6) È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 160 / 297 òî, êàê è âûøå, ÷èñëî ∆ òàêæå íàçûâàåòñÿ òî÷íîñòüþ, à ÷èñëî γ  íàäåæíîñòüþ îöåíêè θb ãåíåðàëüíîé ÷èñëîâîé õàðàêòåðèñòèêè θ. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 5.1. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè b 1 , X2 , ..., Xn )  ñòàòèñòèêà, ò.å. óíêöèÿ ñëó÷àéíîé âûáîðêè Çäåñü θb = θ(X ýëåìåíòîâ. Åñëè èçâåñòíû ∆ è γ , òî ëåãêî ïîñòðîèòü äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ θ ñ ïîìîùüþ åå òî÷å÷íîé îöåíêè θb. Äåéñòâèòåëüíî, b <∆ |θ − θ| ⇔ −∆ < θ − θb < ∆ ⇔ θb − ∆ < θ < θb + ∆. Òîãäà θ1 = θb − ∆, θ2 = θb + ∆, è ìû îò ñîîòíîøåíèÿ (5.6) ïðèõîäèì ê ñîîòíîøåíèþ (5.1). Ïðèìå÷àíèå. Îöåíêà θb ìîæåò óéòè âëåâî èëè âïðàâî çà ïðåäåëû äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà ñ âåðîÿòíîñòüþ (1 − γ)/2 = α/2. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 161 / 297 5.2. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Ïóñòü X  ñëó÷àéíàÿ âûáîðêà îáúåìà n èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X ñ óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ FX (x; θ), çàâèñÿùåé îò ïàðàìåòðà θ, çíà÷åíèå êîòîðîãî íåèçâåñòíî. àññìîòðèì îäèí èç íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ ìåòîäîâ ïîñòðîåíèÿ èíòåðâàëüíûõ îöåíîê äëÿ θ, ñâÿçàííûé ñ èñïîëüçîâàíèåì öåíòðàëü íîé ñòàòèñòèêè  ëþáîé ñòàòèñòèêè T X, θ , óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ êîòîðîé   FT (t) = P T X, θ < t íå çàâèñèò îò ïàðàìåòðà θ. Äëÿ óïðîùåíèÿ äàëüíåéøèõ ðàññóæäåíèé áóäåì ïðåäïîëàãàòü ñëåäóþùåå: 1) óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ FT (t) ÿâëÿåòñÿ íåïðåðûâíîé è âîçðàñòàþùåé; 2) çàäàíû òàêèå ïîëîæèòåëüíûå ÷èñëà α è β , ÷òî êîýèöèåíò äîâåðèÿ γ = 1 − α − β;  3) äëÿ ëþáîé âûáîðêè X èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X óíêöèÿ T X, θ ÿâëÿåòñÿ íåïðåðûâíîé è âîçðàñòàþùåé (óáûâàþùåé) óíêöèåé ïàðàìåòðà â θ ∈ Θ. Ñîãëàñíî äîïóùåíèþ 1, äëÿ ëþáîãî q ∈ (0, 1) ñóùåñòâóåò åäèíñòâåííûé êîðåíü hq óðàâíåíèÿ FT (t) = q , êîòîðûé íàçûâàþò êâàíòèëåì óðîâíÿ q  óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ FT (t) ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû T X, θ . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 162 / 297 5.2. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Òàêèì îáðàçîì, ñîãëàñíî äîïóùåíèþ 2, èìåþò ìåñòî ðàâåíñòâà   P hα < T X, θ < h1−β = FT (h1−β ) − FT (hα ) = 1 − α − β = γ, (5.7) È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 163 / 297 êîòîðûå ñïðàâåäëèâû äëÿ ëþáûõ âîçìîæíûõ çíà÷åíèé ïàðàìåòðà θ, òàê êàê T X, θ  öåíòðàëüíàÿ ñòàòèñòèêà, è åå óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ FT (t) íå çàâèñèò îò θ. Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ (5.7) â (5.1), ò.å. äëÿ ïîñòðîåíèÿ èñêîìîé èíòåðâàëüíîé îöåíêè, âîñïîëüçóåìñÿ ñëåäóþùèìè ñîîáðàæåíèÿìè. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 5.2. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè  Ïóñòü äëÿ îïðåäåëåííîñòè óíêöèÿ T X, θ ÿâëÿåòñÿ âîçðàñòàþùåé óíêöèåé ïàðàìåòðà θ. Òîãäà, ñîãëàñíî  äîïóùåíèÿ 3, äëÿ êàæäîé âûáîðêè x ∈ S óðàâíåíèÿ T x, θ = hα è T x, θ = h1−β èìåþò åäèíñòâåííûå ðåøåíèÿ θ̄1 (x) è θ̄2 (x) ñîîòâåòñòâåííî. Ïðè ýòîì íåðàâåíñòâà  hα < T X, θ < h1−β è θ̄1 (X) < θ < θ̄2 (X) ÿâëÿþòñÿ ðàâíîñèëüíûìè, ò.å. äëÿ ëþáîé âûáîðêè x ∈ S îíè âûïîëíÿþòñÿ èëè íå âûïîëíÿþòñÿ îäíîâðåìåííî. Òàêèì îáðàçîì,    γ = P hα < T X, θ < h1−β = P θ̄1 (X) < θ < θ̄2 (X)  è θ̄1 (X), θ̄2 (X) èñêîìàÿ èíòåðâàëüíàÿ îöåíêà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 164 / 297 5.2. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Çàâåðøàÿ ðàññóæäåíèÿ, çàìåòèì, ÷òî àêòè÷åñêè ïîñòðîåíèå äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà ñâîäèòñÿ ê âûïîëíåíèþ ñëåäóþùèõ äåéñòâèé:  1) âûáîð öåíòðàëüíîé ñòàòèñòèêè T X, θ ñ èçâåñòíîé óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ FT (t); 2) ïðåäñòàâëåíèå çàäàííîãî êîýèöèåíòà äîâåðèÿ γ â âèäå γ = 1 − α − β ; 3) íàõîæäåíèå êâàíòèëåé hα è h1−β óðîâíÿ α è 1 − β óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ FT (t); 4) íàõîæäåíèå çíà÷åíèé íèæíåé θ̄1 (x) è âåðõíåé θ̄2 (x) ãðàíèö èñêîìîé èíòåðâàëüíîé îöåíêè ïóòåì ðåøåíèÿ óðàâíåíèé   T x, θ̄1 = hα , T x, θ̄2 = h1−β (5.8)  ñîîòâåòñòâåííîâ ñëó÷àå, êîãäà T x, θ  âîçðàñòàþùàÿ óíêöèÿ ïàðàìåòðà θ. Åñëè æå T x, θ  óáûâàþùàÿ óíêöèÿ ïàðàìåòðà θ, òî θ̄1 (x) è θ̄2 (x) ïîëó÷àþò ïóòåì ðåøåíèÿ óðàâíåíèé   T x, θ̄1 = h1−β , T x, θ̄2 = hα (5.9) ñîîòâåòñòâåííî. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 165 / 297 5.2. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Ñëåäóÿ Þ.Íåéìàíó, ìîæíî îïðåäåëÿòü äîâåðèòåëüíûå èíòåðâàëû, îïèðàÿñü íà òî÷å÷íûå îöåíêè. Ïî çàäàííîé îöåíêå θ̂ äîâåðèòåëüíûå èíòåðâàëû ïðè äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòè γ ìîæíî ïîñòðîèòü ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè. Íà ïðàêòèêå îáû÷íî èñïîëüçóþò äâà òèïà äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëîâ: ñèììåòðè÷íûå è îäíîñòîðîííèå. Îãðàíè÷èìñÿ îïèñàíèåì ïðîöåäóðû ïîñòðîåíèÿ ñèììåòðè÷íûõ äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëîâ. Îäíîñòîðîííèå äîâåðèòåëüíûå èíòåðâàëû íàõîäÿòñÿ ñîâåðøåííî àíàëîãè÷íî. Ïóñòü òåïåðü èçâåñòíà îäíà òî÷å÷íàÿ îöåíêà (ñòàòèñòèêà) θ̂n = θ̂(X) ïàðàìåòðà ðàñïðåäåëåíèÿ θ. Îïðåäåëåíèå 5.5. Åñëè âûïîëíÿåòñÿ ñîîòíîøåíèå   P |θ − θ̂n | < ∆n = γ, (5.10) òî ÷èñëî ∆n íàçûâàåòñÿ òî÷íîñòüþ, à ÷èñëî γ  íàäåæíîñòüþ îöåíêè θ̂n ãåíåðàëüíîé ÷èñëîâîé õàðàêòåðèñòèêè θ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 166 / 297 5.2. Ïîíÿòèå î äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëå è âåðîÿòíîñòè Êàê íàéòè ∆n è γ è ïîñòðîèòü äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë (θ̄1 , θ̄2 ) â êîíêðåòíûõ ñëó÷àÿõ, áóäåò ðàññìîòðåíî íèæå äëÿ ïðàêòè÷åñêè íàèáîëåå âàæíûõ ñëó÷àåâ îöåíèâàíèÿ âåðîÿòíîñòè ñîáûòèÿ p, à òàêæå ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ mX è ñðåäíåãî êâàäðàòè÷íîãî îòêëîíåíèÿ σX äëÿ íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ. Ïðèìå÷àíèå. Îöåíêà θ̂n ìîæåò óéòè âëåâî èëè âïðàâî çà ïðåäåëû äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà ñ âåðîÿòíîñòüþ (1 − γ)/2 = α/2. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 167 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà Ïóñòü X  ñëó÷àéíàÿ âûáîðêà îáúåìà n èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X , 2 ðàñïðåäåëåííîé ïî íîðìàëüíîìó çàêîíó ñ ïàðàìåòðàìè mX è σX . àññìîòðèì 2 âñå âàðèàíòû ïîñòðîåíèÿ èíòåðâàëüíûõ îöåíîê äëÿ ïàðàìåòðîâ mX è σX .  êà÷åñòâå îáîñíîâàíèÿ èñïîëüçóåìûõ äàëåå ñîîòíîøåíèé ïðèâåäåì òåîðåìó, âïåðâûå äîêàçàííóþ .À. Ôèøåðîì â 1925 ã. Òåîðåìà 5.1. 2 Ïóñòü X  íåçàâèñèìàÿ âûáîðêà èç ðàñïðåäåëåíèÿ N (mX , σX ). Òîãäà: 1) âûáîðî÷íîå ñðåäíåå X è èñïðàâëåííàÿ âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ S 2 íåçàâèñèìû; 2) Ñ (n − 1) S 2 2 σX èìååò χ2 -ðàñïðåäåëåíèå ñ (n − 1) ñòåïåíüþ ñâîáîäû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 168 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà 1°. Äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ ïðè èçâåñòíîé äèñïåðñèè  äàííîì ñëó÷àå ñòàòèñòèêà  X − mX √ T X, mX = n σX èìååò ñòàíäàðòíîå íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå. Òîãäà ñèììåòðè÷íûé îòíîñèòåëüíî âûáîðî÷íîãî ñðåäíåãî äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë áóäåò èìåòü ñëåäóþùèé âèä: σ θ1 = x − √ z1−α/2 , n σ θ2 = x + √ z1−α/2 , n ãäå zp  p-êâàíòèëü ñòàíäàðòíîãî íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ, α = 1 − γ , à γ  äîâåðèòåëüíàÿ âåðîÿòíîñòü. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 169 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà Ïðèìåð 5.1. Ïóñòü èìååòñÿ ãåíåðàëüíàÿ ñîâîêóïíîñòü ñ íåêîòîðîé õàðàêòåðèñòèêîé, ðàñïðåäåëåííîé ïî íîðìàëüíîìó çàêîíó ñ äèñïåðñèåé, ðàâíîé 6,25. Ïðîèçâåäåíà âûáîðêà îáúåìà n = 27 è ïîëó÷åíî âûáîðî÷íîå ñðåäíåå çíà÷åíèå õàðàêòåðèñòèêè x = 12. Íàéòè äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë, ïîêðûâàþùèé íåèçâåñòíîå ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå èññëåäóåìîé õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ñ íàäåæíîñòüþ γ = 0,99. ◭ Ñíà÷àëà ïî òàáëèöå äëÿ óíêöèè Ëàïëàñà ( ìóðìàí, ñ.389; Åèìîâ, ñ.412) íàéäåì çíà÷åíèå z1−α/2 = uγ/2 èç ðàâåíñòâà Φ(uγ/2 ) = γ/2 = 0,495. Ïî ïîëó÷åííîìó çíà÷åíèþ z0,995 = 2,58 îïðåäåëèì òî÷íîñòü îöåíêè  ïîëîâèíó äëèíû äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà: 2,5 ∆27 = √ 2,58 ≈ 1,24. 27 Îòñþäà ïîëó÷àåì èñêîìûé äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë (10,76; 13,24). ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 170 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà 2°. Äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ ïðè íåèçâåñòíîé äèñïåðñèè Ñòàòèñòèêà  X − mX √ T X, mX = n S èìååò ðàñïðåäåëåíèå Ñòüþäåíòà ñ n − 1 ñòåïåíüþ ñâîáîäû, êîòîðîå íå çàâèñèò 2 îò mX è σX . Òîãäà ñèììåòðè÷íûé îòíîñèòåëüíî âûáîðî÷íîãî ñðåäíåãî äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë áóäåò: s θ1 = x − √ tn−1;1−α/2 , n È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) s θ2 = x + √ tn−1;1−α/2 . n Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 171 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà Ïðèìåð 5.2. Íà êîíòðîëüíûõ èñïûòàíèÿõ 20-òè ýëåêòðîëàìï ñðåäíÿÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü èõ ðàáîòû îêàçàëàñü ðàâíîé 2000 ÷àñîâ ïðè ñðåäíåì êâàäðàòè÷åñêîì îòêëîíåíèè (ðàññ÷èòàííîì êàê êîðåíü êâàäðàòíûé èç èñïðàâëåííîé âûáîðî÷íîé äèñïåðñèè), ðàâíîì 11 ÷àñàì. Èçâåñòíî, ÷òî ïðîäîëæèòåëüíîñòü ðàáîòû ëàìïû ÿâëÿåòñÿ íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíîé. Îïðåäåëèòü ñ íàäåæíîñòüþ 0,95 äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ ýòîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû. ◭ Âåëè÷èíà 1 − γ = α â äàííîì ñëó÷àå ðàâíà 0,05. Ïî òàáëèöå ðàñïðåäåëåíèÿ Ñòüþäåíòà ( ìóðìàí, ñ.391  íåò; Åèìîâ, ñ.419), ïðè ÷èñëå ñòåïåíåé ñâîáîäû, ðàâíîì 19, íàõîäèì t19;0,975 = 2,093. Òîãäà òî÷íîñòü îöåíêè áóäåò: √ ∆20 = 2,093 · 11/ 20 ≈ 5,15. Îòñþäà ïîëó÷àåì èñêîìûé äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë (1994,85; 2005,15). ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 172 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà 3°. Äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ äèñïåðñèè ïðè èçâåñòíîì ìàòåìàòè÷åñêîì îæèäàíèè àññìîòðèì ñòàòèñòèêó n  X  n S2 Xi − mX 2 , T X, σX = 2 0 = σX σX i=1 èìåþùóþ χ2 -ðàñïðåäåëåíèå ñ n ñòåïåíÿìè ñâîáîäû, êîòîðàÿ íå çàâèñèò îò 2 íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà σX . Îáîçíà÷èì ÷åðåç χ2n;q êâàíòèëè ýòîãî ðàñïðåäåëåíèÿ óðîâíÿ q . Òîãäà íèæíÿÿ è âåðõíÿÿ ãðàíèöû γ -äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà 2 äëÿ ïàðàìåòðà σX áóäóò: θ1 = n s20 , 2 χn;1−α/2 θ2 = n s20 . χ2n;α/2 Ïðè ýòîì äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ σX ïðèíèìàåò îðìó: s È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) n s20 χ2n;1−α/2 < σX < s n s20 . χ2n;α/2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 173 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà 4°. Äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ äèñïåðñèè ïðè íåèçâåñòíîì ìàòåìàòè÷åñêîì îæèäàíèè àññìîòðèì ñòàòèñòèêó n  X  (n − 1) S 2 Xi − X  2 T X, σX = = , 2 σX σX i=1 (5.11) èìåþùóþ χ2 -ðàñïðåäåëåíèå ñ n − 1 ñòåïåíüþ ñâîáîäû, êîòîðîå íå çàâèñèò îò 2 mX è σX . Òîãäà íèæíÿÿ è âåðõíÿÿ ãðàíèöû èíòåðâàëüíîé îöåíêè äëÿ ïàðà2 ìåòðà σX ñ êîýèöèåíòîì äîâåðèÿ γ = 1 − α: θ1 = (n − 1) s2 , χ2n−1;1−α/2 θ2 = (n − 1) s2 , χ2n−1;α/2 ãäå χ2n−1;q  êâàíòèëü óðîâíÿ q äëÿ χ2 -ðàñïðåäåëåíèÿ ñ n−1 ñòåïåíüþ ñâîáîäû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 174 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà Ïðèìåð 5.3. Èç ïàðòèè îäíîòèïíûõ èçäåëèé îòîáðàíî 10 øòóê. Ó êàæäîãî èç íèõ èçìåðåíû îòêëîíåíèÿ îò íîìèíàëüíîãî ðàçìåðà: Íîìåð èçäåëèÿ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Îòêëîíåíèå 1 3 -2 2 4 2 5 3 -2 4 Ïðåäïîëàãàÿ, ÷òî êîíòðîëèðóåìûé ïðèçíàê èìååò íîðìàëüíûé çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ, íàéòè âûáîðî÷íîå ñðåäíåå x, èñïðàâëåííóþ âûáîðî÷íóþ äèñïåðñèþ s2 è äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ äèñïåðñèè ñ γ = 0,96. ◭ Íàõîäèì âûáîðî÷íîå ñðåäíåå 10 1 X 1+3−2+2+4+2+5+3−2+4 x= xi = =2 10 i=1 10 è èñïðàâëåííóþ âûáîðî÷íóþ äèñïåðñèþ 10 1X 1 + 1 + 16 + 4 + 9 + 1 + 16 + 4 s = (xi − x)2 = ≈ 5, 78. 9 i=1 9 2 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 175 / 297 5.3. ÄÈ äëÿ ïàðàìåòðîâ ãàóññîâîãî ïðèçíàêà Ïðèìåð 5.3.(ïðîäîëæåíèå) Ïîñòðîèì äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ äèñïåðñèè.  äàííîì ñëó÷àå α = 1 − γ = 1 − 0,96 = 0,04, à ðàñïðåäåëåíèå èìååò äåâÿòü ñòåïåíåé ñâîáîäû. Ïî òàáëèöå êâàíòèëåé ðàñïðåäåëåíèÿ χ2 ( ìóðìàí, ñ.392  íåò; Åèìîâ, ñ.417  íåò; MS Ex el!) íàõîäèì êâàíòèëè χ29;α/2 è χ29;1−α/2 óðîâíåé α/2 è 1 − α/2: χ29;0,02 = 2,53; χ29;0,98 = 19,68. Äëÿ ãðàíèö äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà ïîëó÷àåì θ1 = 9 · 5,78 ≈ 2,64; 19,68 θ2 = 9 · 5,78 ≈ 20,56. 2,53 Îòñþäà ïîëó÷àåì äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ñðåäíåãî êâàäðàòè÷íîãî îòêëîíåíèÿ ñ êîýèöèåíòîì äîâåðèÿ 0,96: (2,64; 20,56). ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 176 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè Ïðè áîëüøîì îáúåìå âûáîðêè äëÿ ïîñòðîåíèÿ äîâåðèòåëüíûõ èíòåðâàëîâ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí àñèìïòîòè÷åñêèé ìåòîä íà îñíîâå öåíòðàëüíîé ïðåäåëüíîé òåîðåìû. 1°. Äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ ïðîèçâîëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ Ïóñòü òðåáóåòñÿ íàéòè èíòåðâàëüíóþ îöåíêó äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ â ñëó÷àå, êîãäà çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X íåèçâåñòåí. Ïðåäïîëàãàåì, ÷òî ñóùåñòâóþò êîíå÷íûå ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå a = [X] è äèñïåðñèÿ σ 2 = [X]. àññìîòðèì ñòàòèñòèêó E D T = X −a√ n. σ (5.12)  ñîîòâåòñòâèè ñ öåíòðàëüíîé ïðåäåëüíîé òåîðåìîé ýòà ñòàòèñòèêà ïðè áîëüøîì îáúåìå n ñëó÷àéíîé âûáîðêè X èìååò çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ, áëèçêèé ê ñòàíäàðòíîìó íîðìàëüíîìó. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 177 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 1°. Ïðîäîëæåíèå Ïîýòîìó ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøèõ n äâîéíîå íåðàâåíñòâî −z1−β 6 X −a √ n 6 z1−α σ âûïîëíÿåòñÿ ñ âåðîÿòíîñòüþ, áëèçêîé ê âåëè÷èíå γ = 1 − α − β , ãäå zq  êâàíòèëü óðîâíÿ q ñòàíäàðòíîãî íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ,÷òî ýêâèâàëåíòíî ñëåäóþùåìó íåðàâåíñòâó: σ σ X − √ z1−α 6 a 6 X + √ z1−β . n n Åñëè òåïåðü ïîäñòàâèòü â ïîñëåäíèå íåðàâåíñòâà âìåñòî íåèçâåñòíîãî òî÷íîãî çíà÷åíèÿ σ åãî îöåíêó S , òî ïîëó÷èì íèæíþþ è âåðõíþþ ãðàíèöû (ïðèáëèæåííîé) èíòåðâàëüíîé îöåíêè ñ êîýèöèåíòîì äîâåðèÿ γ = 1 − α − β äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ a: S θ̄1 = X − √ z1−α , n È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) S θ̄2 = X + √ z1−β . n Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (5.13) 178 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 1°. Ïðîäîëæåíèå  ñëó÷àå îäèíàêîâûõ (α = β = (1 − γ)/2) è ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåàëèçàöèè ñëó÷àéíîé âûáîðêè äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë ïðèìåò ñëåäóþùèé âèä:   s s x − √ u1−α ; x + √ z1−α . (5.14) n n È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 179 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè Ïðèìåð 5.4. Èç áîëüøîé ïàðòèè ýëåêòðîëàìï áûëî îòîáðàíî ñëó÷àéíûì îáðàçîì 400 øò. äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñðåäíåé ïðîäîëæèòåëüíîñòè ãîðåíèÿ. Âûáîðî÷íàÿ ñðåäíÿÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü ãîðåíèÿ ëàìï îêàçàëàñü ðàâíîé 1220 ÷. Íàéòè ñ äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòüþ γ = 0,98 äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ñðåäíåé ïðîäîëæèòåëüíîñòè ãîðåíèÿ ýëåêòðîëàìïû ïî âñåé ïàðòèè, åñëè èñïðàâëåííîå âûáîðî÷íîå ñðåäíåå êâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå ïðîäîëæèòåëüíîñòè ãîðåíèÿ ðàâíî 35 ÷. ◭ Íåçàâèñèìî îò çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X (ïðîäîëæèòåëüíîñòè ãîðåíèÿ ýëåêòðîëàìïû) ñòàòèñòèêà T = X −a √ n σ èìååò àñèìïòîòè÷åñêè íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ñ ïàðàìåòðàìè (0, 1), ÷òî ñëåäóåò èç öåíòðàëüíîé ïðåäåëüíîé òåîðåìû. Ïîñêîëüêó îáúåì âûáîðêè áîëüøîé (n = 400), òî ãðàíèöû äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà íàõîäèì ïî îðìóëå (5.14). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 180 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè Ïðèìåð 5.5.(ïðîäîëæåíèå) Äëÿ α = (1 − γ)/2 = 0,01 íàõîäèì êâàíòèëü íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ z1−α = z0,99 = 2,33.  ñèëó ñîîòíîøåíèÿ s 35 z0,99 · √ ≈ 2,33 ≈ 4,08 n 20 äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë èìååò âèä (1220 − 4,08; 1220 + 4,08), èëè (1215,92; 1224,08). ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 181 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 2°. Äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ñðåäíåãî êâàäðàòè÷íîãî îòêëîíåíèÿ σ ïðîèçâîëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ Âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ n S2 = 1X (Xi − X)2 n i=1 ïðè áîëüøîì îáúåìå âûáîðêè ÿâëÿåòñÿ ñóììîé áîëüøîãî ÷èñëà P ïðàêòè÷åñêè âçàèìíî íåçàâèñèìûõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí (èìååòñÿ îäíà ñâÿçü ni=1 Xi = n X , êîòîðîé ïðè áîëüøîì n ìîæíî ïðåíåáðå÷ü). Ïðåäïîëàãàåì, ÷òî èññëåäóåìàÿ ãåíåðàëüíàÿ ñîâîêóïíîñòü èìååò êîíå÷íûå ïåðâûå ÷åòûðå ìîìåíòà.  ñèëó öåíòðàëüíîé ïðåäåëüíîé òåîðåìû öåíòðèðîâàííàÿ è íîðìèðîâàííàÿ Ñ  2 S2 − S p ∼ N (0, 1) [S 2 ] E D (ïðèáëèæåííî). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 182 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 2°. Ïðîäîëæåíèå ∗ √Èç îðìóëû (5.17)ñëåäóåò, ÷òî p îòëè÷àåòñÿ îò P íà âåëè÷èíó ïîðÿäêà 1/ n. Òàê êàê p íåèçâåñòíî, òî â ïðàâîé ÷àñòè íåðàâåíñòâà ïîä çíàêîì âåðîÿòíîñòè åãî çàìåíÿåì íà p∗ , à q ñîîòâåòñòâåííî íà q ∗ = 1 − p∗ . Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïîä êîðíåì â îðìóëå (5.17) ìû ïðåíåáðåãàåì ìàëûìè ñëàãàåìûìè ïîðÿäêà √ 1/(n n). Ïîëó÷àåì îðìóëó   p P |p − p∗ | < ε p∗ (1 − p∗ )/n ≈ 2 Φ(ε). (5.15) Ïîëàãàåì ∆n = ε È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) r p∗ (1 − p∗ ) , n γ = 2 Φ(ε). Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 183 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 2°. Ïðîäîëæåíèå Òîãäà P −z1−α/2 ES  < z D[S ] 2 S2 − < p 2 1−α/2 ! ≈ γ, ãäå γ = 1 − α, z1−α/2  êâàíòèëü ñòàíäàðòíîãî íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ N (0, 1) ïîðÿäêà 1 − α/2. Èçâåñòíî, ÷òî ES  = n −n 1 σ 2 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 2 ≈ σ2 ïðè n ≫ 1. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 184 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 2°. Ïðîäîëæåíèå Êðîìå òîãî, èçâåñòíî D S  = µ 2 4 − µ22 µ4 − µ22 + o(1/n) ≈ , n n ãäå µk  öåíòðàëüíûé ìîìåíò k -ãî ïîðÿäêà ãåíåðàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ. Îòñþäà 4 DS  ≈ σn 2  σ 4 h µ  i σ4  σ4  µ4 4 c +2 , − 1 = − 3 + 2 = Ex + 2 ≈ Ex σ4 n σ4 n n c  âûáîðî÷íûé ýêñöåññ: ãäå Ex  ýêñöåññ ãåíåðàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ; Ex 4 c Ex = µ b4 /s − 3, µ b4  ÷åòâåðòûé âûáîðî÷íûé öåíòðàëüíûé ìîìåíò. Òîãäà äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ σ áóäåò èìåòü âèä:   s s q q h i1/2 ; h i1/2 . c c 1 + z1−α/2 Ex+2 1 − z1−α/2 Ex+2 n n È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 185 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè Ïðèìåð 5.6. c = −0,619. Òðåáóåòñÿ Ïî âûáîðêå îáúåìà n = 100 íàéäåíû s = 1,05 è Ex ïîñòðîèòü äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ñðåäíåãî êâàäðàòè÷íîãî îòêëîíåíèÿ σ èññëåäóåìîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïðè äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòè γ = 0,95 = 1−α; α = 0,05. ◭ Ïî òàáëèöå íàõîäèì êâàíòèëü íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ z1−α/2 = z0,975 = 1,96. Ïî ïîñëåäíåé îðìóëå ïîëó÷àåì   1,05 1,05 ; q q h i1/2 h i1/2 ≈ (0,993; 1,118). −0,619+2 1 + 1,96 −0,619+2 1 − 1,96 100 100 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà ◮ 186 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 3°. Äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ âåðîÿòíîñòè ñîáûòèÿ Ïóñòü p  âåðîÿòíîñòü ñîáûòèÿ A, à P∗ = m∗ X = n n  åãî îòíîñèòåëüíàÿ ÷àñòîòà, X  ÷èñëî ïîÿâëåíèé ñîáûòèÿ A â n èñïûòàíèÿõ (P ∗  ÑÂ). Ïî òåîðåìå ÌóàâðàËàïëàñà èç òåîðèè âåðîÿòíîñòåé ïðè áîëüøèõ n ñïðàâåäëèâî ïðèáëèæåííîå ðàâåíñòâî   X − np P −ε < √ < ε ≈ Φ(ε) − Φ(−ε), (5.16) npq ãäå Φ(x)  óíêöèÿ Ëàïëàñà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 187 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 3°. Ïðîäîëæåíèå Îòñþäà P è P   X − np <ε √ npq p − P∗ < ε  ≈ 2 Φ(ε)  p p q/n ≈ 2 Φ(ε). (5.17) ∗ Èç îðìóëû (5.17) √ âèäèì, ÷òî â íàøèõ ïîñòðîåíèÿõ p îòëè÷àåòñÿ îò P íà âåëè÷èíó ïîðÿäêà 1/ n. Òàê êàê p íåèçâåñòíî, òî â ïðàâîé ÷àñòè íåðàâåíñòâà ïîä çíàêîì âåðîÿòíîñòè åãî çàìåíÿåì íà p∗ , à q ñîîòâåòñòâåííî íà q ∗ = 1 − p∗ . Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïîä êîðíåì â îðìóëå (5.17) ìû ïðåíåáðåãàåì ìàëûìè √ ñëàãàåìûìè ïîðÿäêà 1/(n n). Ïîëó÷àåì îðìóëó   p P |p − p∗ | < ε p∗ (1 − p∗ )/n ≈ 2 Φ(ε). (5.18) È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 188 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 3°. Ïðîäîëæåíèå Ïîëàãàåì ∆n = ε r p∗ (1 − p∗ ) , n γ = 2 Φ(ε). Îòñþäà γ+1 = Φ(ε) + 0, 5 = FN (0,1) (ε), 2 (5.19) ãäå FN (0,1) (·)  óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ñòàíäàðòíîãî íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ N (0, 1). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 189 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè 3°. Ïðîäîëæåíèå åøàÿ óðàâíåíèå (5.19), íàõîäèì åãî êîðåíü: −1 z(γ+1)/2 = FN (0,1) γ + 1 2 (5.20)  êâàíòèëü íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ N (0, 1) ïîðÿäêà (γ + 1)/2. Òîãäà r p∗ (1 − p∗ ) ∆n = z(γ+1)/2 . (5.21) n Ôîðìóëû (5.19), (5.21) ñâÿçûâàþò òðè âåëè÷èíû ∆n , γ , n. Çàäàâàÿ äâå èç íèõ, ìîæíî íàéòè òðåòüþ. Òåì ñàìûì áóäåò ïîñòðîåí äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ íåèçâåñòíîé âåðîÿòíîñòè p: P(p∗ − ∆n < p < p∗ + ∆n ) = γ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà (5.22) 190 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè Ïðèìåð 5.7. Çàäàíû n = 1600 è γ = 0,95. Òðåáóåòñÿ íàéòè ε è ïîñòðîèòü äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ âåðîÿòíîñòè p ñ ïîìîùüþ íàéäåííîé ïî âûáîðêå îòíîñèòåëüíîé ÷àñòîòû p∗ = 0,2. ◭ åøàÿ óðàâíåíèå (5.19) ñ ïîìîùüþ òàáëèöû êâàíòèëåé íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ, ïîëó÷èì z(γ+1)/2 = z0,975 = 1,96. Äàëåå ïî îðìóëå (5.21) íàõîäèì ∆1600 = z0,975 · r 0,2 · 0,8 = 1600 = 0,4 · z0,975 = 0,01 · 1,96 = 0,0196 ≈ 0,02. 40 Ïîëó÷àåì äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ íåèçâåñòíîé âåðîÿòíîñòè p: P(0,18 < p < 0,22) = 0,95. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà ◮ (5.23) 191 / 297 5.4. Ïðèáëèæåííûå èíòåðâàëüíûå îöåíêè Ïðèìå÷àíèå. 1°. åøåííîé çàäà÷å ìîæåò áûòü ïðèäàíî, íàïðèìåð, ñëåäóþùåå ðåàëüíîå ñîäåðæàíèå.  ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííîãî ñîöèîëîãè÷åñêîãî îïðîñà n = 1600 ÷åëîâåê ðåéòèíã êàíäèäàòà N â ïðåçèäåíòû ñîñòàâëÿåò 20%. Òîãäà äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë ïîçâîëÿåò óòâåðæäàòü, ÷òî ñ íàäåæíîñòüþ γ = 0,95 äåéñòâèòåëüíûé ðåéòèíã êàíäèäàòà N çàêëþ÷åí â ïðåäåëàõ îò 18 äî 22%. Ýòîò ðåçóëüòàò ìîæíî âûðàçèòü è èíà÷å: ðåéòèíã N ðàâåí 20% ± 2% ñ ïÿòèïðîöåíòíîé îøèáêîé. 2°. Âåðîÿòíîñòü p, îöåíèâàåìàÿ ñ ïîìîùüþ äîâåðèòåëüíîãî èíòåðâàëà (5.22) è òî÷å÷íîé îöåíêè p∗ , ÿâëÿåòñÿ ïàðàìåòðîì áèíîìèàëüíîãî çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 192 / 297 àçäåë 6. Ïðîâåðêà ñòàòèñòè÷åñêèõ ãèïîòåç È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 193 / 297 6.0. Ââåäåíèå Ïðîâåðêà ñòàòèñòè÷åñêèõ ãèïîòåç (Ñ ) ÿâëÿåòñÿ âòîðûì ïîñëå ñòàòèñòè÷åñêîãî îöåíèâàíèÿ ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèÿ è â òî æå âðåìÿ âàæíåéøèì ðàçäåëîì ÌÑ. àíåå áûëè ðàññìîòðåíû çàäà÷è îöåíèâàíèÿ íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà θ ïî ðåàëèçàöèè ñëó÷àéíîé âûáîðêè èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè Ñ X , çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ êîòîðîé çàâèñèò îò θ â ñèòóàöèè, êîãäà íåò íèêàêîé àïðèîðíîé èíîðìàöèåé îòíîñèòåëüíî ïàðàìåòðà θ.  ðàìêàõ çàäà÷è î ïðîâåðêå Ñ î ïàðàìåòðå θ ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî çàðàíåå íà îñíîâàíèè òîé èëè èíîé àïðèîðíîé èíîðìàöèè âûäâèíóòî ïðåäïîëîæåíèå (ãèïîòåçà) î âåëè÷èíå θ, íàïðèìåð, θ = θ0 , ãäå θ0  íåêîòîðîå çàäàííîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà. Ïîñëå ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ïîëó÷àåòñÿ ðåàëèçàöèÿ x ñëó÷àéíîé âûáîðêè X èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X , ðàñïðåäåëåíèå êîòîðîé çàâèñèò îò ïàðàìåòðà θ. Ïî ýòèì äàííûì íóæíî äàòü îòâåò íà âîïðîñ: ñîãëàñóåòñÿ ãèïîòåçà θ = θ0 ñ ðåçóëüòàòàìè ýêñïåðèìåíòà èëè íåò? Äðóãèìè ñëîâàìè, íóæíî ðåøèòü, ìîæíî ëè ïðèíÿòü âûäâèíóòóþ ãèïîòåçó èëè åå íóæíî îòêëîíèòü êàê ïðîòèâîðå÷àùóþ ðåçóëüòàòàì ýêñïåðèìåíòà è ïðèíÿòü íåêîòîðóþ àëüòåðíàòèâíóþ ãèïîòåçó (íàïðèìåð, θ 6= θ0 ). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 194 / 297 6.0. Ââåäåíèå Ìåòîäû ÌÑ ïîçâîëÿþò ïðîâåðèòü ïðåäïîëîæåíèÿ î çàêîíå ðàñïðåäåëåíèÿ íåêîòîðîé Ñ (ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè), î çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ ýòîãî çàêîíà (íàïðèìåð, ìàòåìàòè÷åñêîì îæèäàíèè è äèñïåðñèè), î íàëè÷èè êîððåëÿöèîííîé çàâèñèìîñòè ìåæäó ÑÂ, îïðåäåëåííûìè íà ìíîæåñòâå îáúåêòîâ îäíîé è òîé æå ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 195 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïóñòü èìååòñÿ âûáîðêà x, ÿâëÿþùàÿñÿ ðåàëèçàöèåé ñëó÷àéíîé âûáîðêè X èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X , ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ êîòîðîé fX (x; θ) çàâèñèò îò íåèçâåñòíîãî ïàðàìåòðà θ. Îïðåäåëåíèå 6.1. Ñòàòèñòè÷åñêèå ãèïîòåçû îòíîñèòåëüíî íåèçâåñòíîãî èñòèííîãî çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà θ èëè î ñðàâíèòåëüíîé âåëè÷èíå ïàðàìåòðîâ äâóõ ðàñïðåäåëåíèé íàçûâàþò ïàðàìåòðè÷åñêèìè ãèïîòåçàìè. Ïðè ýòîì åñëè θ  ñêàëÿð, òî ðå÷ü èäåò îá îäíîïàðàìåòðè÷åñêèõ ãèïîòåçàõ, à åñëè âåêòîð,  òî ìíîãîïàðàìåòðè÷åñêèõ. Îïðåäåëåíèå 6.2. èïîòåçû î âèäå ðàñïðåäåëåíèÿ íàçûâàþòñÿ íåïàðàìåòðè÷åñêèìè ãèïîòåçàìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 196 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 6.3. Ñòàòèñòè÷åñêóþ ãèïîòåçó H íàçûâàþò ïðîñòîé, åñëè îíà èìååò âèä H : θ = θ0 , ãäå θ0  íåêîòîðîå çàäàííîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà. Îïðåäåëåíèå 6.4. Ñòàòèñòè÷åñêóþ ãèïîòåçó íàçûâàþò ñëîæíîé, åñëè îíà èìååò âèä H : θ ∈ Θ∗ ⊂ Θ, ãäå Θ∗  íåêîòîðîå ìíîæåñòâî çíà÷åíèé ïàðàìåòðà θ, ñîñòîÿùåå áîëåå ÷åì èç îäíîãî ýëåìåíòà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 197 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 6.1. Ïðåäïîëîæèì, ïðîâîäèòñÿ ñåðèÿ èç n íåçàâèñèìûõ èñïûòàíèé ïî ñõåìå Áåðíóëëè ñ íåèçâåñòíûì ïàðàìåòðîì p, ãäå p  âåðîÿòíîñòü "óñïåõà" â îäíîì èñïûòàíèè. Òîãäà ãèïîòåçà H : p = 1/2 ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîé. Ïðèìåðàìè ñëîæíûõ ãèïîòåç ÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå: H1 : p > 1/2; H2 : p 6 1/2; H3 : 1/2 6 p 6 3/4 è ò.ä. Ïðèìåð 6.2. Ïóñòü X  ñëó÷àéíàÿ âûáîðêà îáúåìà n èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X , ðàñïðåäåëåííîé ïî íîðìàëüíîìó çàêîíó ñ íåèçâåñòíûì ìàòåìàòè÷åñêèì îæè2 äàíèåì mX è èçâåñòíîé äèñïåðñèåé σX . Òîãäà ãèïîòåçà H : mX = m0 , ãäå m0  íåêîòîðîå çàäàííîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà mX , ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîé. èïîòåçû H1 : mX > m0 ; H2 : mX 6 m0 ; H3 : m0 6 mX 6 m1 ÿâëÿþòñÿ ñëîæíûìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 198 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðèìåð 6.3. Ïóñòü X  ñëó÷àéíàÿ âûáîðêà îáúåìà n èç ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè X , ðàñïðåäåëåííîé ïî íîðìàëüíîìó çàêîíó ñ íåèçâåñòíûì ìàòåìàòè÷åñêèì îæè2 2 äàíèåì mX è èçâåñòíîé äèñïåðñèåé σX , è ïóñòü îáà ïàðàìåòðà mX è σX íåèçâåñòíû.  ýòîì ñëó÷àå ãèïîòåçà H : mX = m0 ñòàíîâèòñÿ ñëîæíîé, òàê êàê åé ñîîòâåòñòâóåò ìíîæåñòâî çíà÷åíèé äâóìåðíîãî âåêòîðà θ = (mX , σ), äëÿ êîòîðûõ mX = m0 , 0 < σ < +∞. àññìîòðèì ñíà÷àëà ñëó÷àé, êîãäà ïðîâåðÿþòñÿ äâå ïðîñòûå ñòàòèñòè÷åñêèå ãèïîòåçû âèäà H0 : θ = θ0 , H1 : θ = θ1 , ãäå θ0 , θ1  äâà çàäàííûõ (ðàçëè÷íûõ) çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà. Ïåðâóþ ãèïîòåçó H0 îáû÷íî íàçûâàþò îñíîâíîé (íóëåâîé), à âòîðóþ H1  àëüòåðíàòèâíîé, èëè êîíêóðèðóþùåé, ãèïîòåçîé (ýòà òåðìèíîëîãèÿ äîñòàòî÷íî óñëîâíà). Òàê, íàïðèìåð, îäíà è òà æå ãèïîòåçà ìîæåò â îäíèõ çàäà÷àõ âûñòóïàòü â êà÷åñòâå îñíîâíîé, à â äðóãèõ  â êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâíîé. Ïî äàííûì âûáîðêè x íåîáõîäèìî ïðèíÿòü ðåøåíèå î ñïðàâåäëèâîñòè îäíîé èç óêàçàííûõ ãèïîòåç. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 199 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 6.5. Ïðîâåðèòü ñòàòèñòè÷åñêóþ ãèïîòåçó  ýòî çíà÷èò ïðîâåðèòü, ñîãëàñóþòñÿ ëè äàííûå, ïîëó÷åííûå èç âûáîðêè ñ ýòîé ãèïîòåçîé. Ïðîâåðêà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ñòàòèñòè÷åñêîãî êðèòåðèÿ. Îïðåäåëåíèå 6.6. Êðèòåðèåì, èëè ñòàòèñòè÷åñêèì êðèòåðèåì, ïðîâåðêè ãèïîòåç íàçûâàþò ïðàâèëî, ïî êîòîðîìó ïî äàííûì âûáîðêè x ïðèíèìàåòñÿ ðåøåíèå î ñïðàâåäëèâîñòè ëèáî îñíîâíîé, ëèáî àëüòåðíàòèâíîé ãèïîòåçû. Îïðåäåëåíèå 6.7. Ñòàòèñòè÷åñêèé êðèòåðèé  ýòî ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà, çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ êîòîðîé (âìåñòå ñî çíà÷åíèÿìè ïàðàìåòðîâ) èçâåñòåí â ñëó÷àå, åñëè îñíîâíàÿ ãèïîòåçà ñïðàâåäëèâà. Îïðåäåëåíèå 6.8. Ýòîò êðèòåðèé íàçûâàþò åùå êðèòåðèåì ñîãëàñèÿ (èìååòñÿ â âèäó ñîãëàñèå ïðèíÿòîé ãèïîòåçû ñ ðåçóëüòàòàìè, ïîëó÷åííûìè èç âûáîðêè). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 200 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïóñòü ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà K  ñòàòèñòè÷åñêèé êðèòåðèé ïðîâåðêè íåêîòîðîé ãèïîòåçû H0 . Ïðè ñïðàâåäëèâîñòè ãèïîòåçû H0 çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû K õàðàêòåðèçóåòñÿ íåêîòîðîé èçâåñòíîé ïëîòíîñòüþ ðàñïðåäåëåíèÿ fK (x). Âûáåðåì íåêîòîðóþ ìàëóþ âåðîÿòíîñòü α, ðàâíóþ 0,05; 0,01 èëè åùå ìåíüøóþ. Îïðåäåëèì êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ Kêðèò êàê ðåøåíèå îäíîãî èç òðåõ óðàâíåíèé â çàâèñèìîñòè îò âèäà íóëåâîé è êîíêóðèðóþùåé ãèïîòåç: (1) P(K > Kêðèò ) = α; (2) P(K < Kêðèò ) = α;  (3) P {K < Kêðèò1 } ∩ {K > Kêðèò2 } = α. Âîçìîæíû è äðóãèå óðàâíåíèÿ, íî îíè âñòðå÷àþòñÿ çíà÷èòåëüíî ðåæå, ÷åì ïðèâåäåííûå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 201 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ fK (x) Kкрит x èñ. 6.1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 202 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ fK (x) 0 Kкрит x èñ. 6.2 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 203 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ fK (x) 0 Kкрит1 Kкрит2 x èñ. 6.3 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 204 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ åøåíèå óðàâíåíèÿ (1) (òî æå ñàìîå äëÿ óðàâíåíèé (2) è (3)) çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì: ïî âåðîÿòíîñòè α, çíàÿ êâàíòèëè ïëîòíîñòè âåðîÿòíîñòè fK (x), çàäàííûå êàê ïðàâèëî òàáëèöåé, íóæíî îïðåäåëèòü Kêðèò . ×òî îçíà÷àåò óñëîâèå (1)? Åñëè ãèïîòåçà H0 ñïðàâåäëèâà, òî âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî êðèòåðèé K ïðåâçîéäåò íåêîòîðîå çíà÷åíèå Kêðèò î÷åíü ìàëà,  0.05, 0.01 ìåíüøå, â çàâèñèìîñòè îò âûáîðà èññëåäîâàòåëÿ. Åñëè Kýêñï  çíà÷åíèå êðèòåðèÿ K , ðàññ÷èòàííîå ïî âûáîðî÷íûì äàííûì, ïðåâçîøëî çíà÷åíèå Kêðèò , ýòî îçíà÷àåò, ÷òî âûáîðî÷íûå äàííûå íå äàþò îñíîâàíèÿ äëÿ ïðèíÿòèÿ íóëåâîé ãèïîòåçû H0 (íàïðèìåð, åñëè α = 0.01, òî ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðîèçîøëî ñîáûòèå, êîòîðîå ïðè ñïðàâåäëèâîñòè ãèïîòåçû H0 âñòðå÷àåòñÿ â ñðåäíåì íå ÷àùå, ÷åì â îäíîé èç ñòà âûáîðîê).  ýòîì ñëó÷àå ãîâîðÿò, ÷òî ãèïîòåçà H0 íå ñîãëàñóåòñÿ ñ âûáîðî÷íûìè äàííûìè è äîëæíà áûòü îòâåðãíóòà. Åñëè Kýêñï íå ïðåâîñõîäèò Kêðèò , òî ãîâîðÿò, ÷òî âûáîðî÷íûå äàííûå íå ïðîòèâîðå÷àò ãèïîòåçå H0 , ò.å. íåò îñíîâàíèé îòâåðãàòü ýòó ãèïîòåçó. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 205 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 6.9. Äëÿ óðàâíåíèÿ (1) îáëàñòü K > Kêðèò íàçûâàåòñÿ êðèòè÷åñêîé îáëàñòüþ. Åñëè çíà÷åíèå Kýêñï ïîïàäàåò â êðèòè÷åñêóþ îáëàñòü, òî ãèïîòåçà H0 îòâåðãàåòñÿ. Äëÿ óðàâíåíèÿ (1) îáëàñòü K < Kêðèò íàçûâàåòñÿ îáëàñòüþ ïðèíÿòèÿ ãèïîòåçû. Åñëè çíà÷åíèå Kýêñï ïîïàäàåò â îáëàñòü ïðèíÿòèÿ ãèïîòåçû, òî ãèïîòåçà H0 ïðèíèìàåòñÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 206 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 6.10. Êðèòåðèé çàäàþò ñ ïîìîùüþ êðèòè÷åñêîãî ìíîæåñòâà W, ÿâëÿþùåãîñÿ ïîäìíîæåñòâîì âûáîðî÷íîãî ïðîñòðàíñòâà S ñëó÷àéíîé âûáîðêè X . åøåíèå ïðèíèìàþò ñëåäóþùèì îáðàçîì: 1) åñëè âûáîðêà x ïðèíàäëåæèò êðèòè÷åñêîìó ìíîæåñòâó W, òî îòâåðãàþò îñíîâíóþ ãèïîòåçó H0 è ïðèíèìàþò àëüòåðíàòèâíóþ ãèïîòåçó H1 ; 2) åñëè âûáîðêà x íå ïðèíàäëåæèò êðèòè÷åñêîìó ìíîæåñòâó W (ò.å. ïðèíàäëåæèò äîïîëíåíèþ W ìíîæåñòâà W äî âûáîðî÷íîãî ïðîñòðàíñòâà S), òî îòâåðãàþò àëüòåðíàòèâíóþ ãèïîòåçó H1 è ïðèíèìàþò îñíîâíóþ ãèïîòåçó H0 . Îïðåäåëåíèå 6.11. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ëþáîãî êðèòåðèÿ âîçìîæíû îøèáêè ñëåäóþùèõ âèäîâ: 1) ïðèíÿòü ãèïîòåçó H1 , êîãäà âåðíà H0  îøèáêà ïåðâîãî ðîäà; 2) ïðèíÿòü ãèïîòåçó H0 , êîãäà âåðíà H1  îøèáêà âòîðîãî ðîäà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 207 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ β: Âåðîÿòíîñòè ñîâåðøåíèÿ îøèáîê ïåðâîãî è âòîðîãî ðîäà îáîçíà÷àþò α è α = P(X ∈ W|H0 ), β = P(X ∈ W|H1 ). Óêàçàííûå âåðîÿòíîñòè âû÷èñëÿþò ñ èñïîëüçîâàíèåì ïëîòíîñòè âåðîÿòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âûáîðêè X : α= Z Y n fX (ti ; θ0 ) dt, W i=1 β= Z Y n W fX (ti ; θ1 ) dt. i=1 Îïðåäåëåíèå 6.12. Âåðîÿòíîñòü ñîâåðøåíèÿ îøèáêè ïåðâîãî ðîäà α íàçûâàþò òàêæå óðîâíåì çíà÷èìîñòè êðèòåðèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 208 / 297 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Îïðåäåëåíèå 6.13. Âåëè÷èíó 1 − β , ðàâíóþ âåðîÿòíîñòè îòâåðãíóòü îñíîâíóþ ãèïîòåçó H0 , êîãäà îíà íåâåðíà, íàçûâàþò ìîùíîñòüþ êðèòåðèÿ. !!! Ñòàòèñòè÷åñêàÿ çàäà÷à ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû íàéòè ïðàâèëî (êðèòåðèé), ïî êîòîðîìó ïðèíèìàåòñÿ ðåøåíèå ïðèíÿòü èëè îòêëîíèòü ãèïîòåçó è êîòîðîå ìèíèìèçèðóåò îøèáêè ïåðâîãî è âòîðîãî ðîäà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 209 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç 1°. èïîòåçà î ìàòåìàòè÷åñêîì îæèäàíèè Ïóñòü èìååòñÿ íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííàÿ ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà X , îïðåäåëåííàÿ íà ìíîæåñòâå îáúåêòîâ íåêîòîðîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. Èçâåñòíî, 2 ÷òî σX = 2. Ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå mX íåèçâåñòíî. Äîïóñòèì, ÷òî èìåþòñÿ îñíîâàíèÿ ïðåäïîëàãàòü, ÷òî mX = a, ãäå a  íåêîòîðîå ÷èñëî (òàêèìè îñíîâàíèÿìè ìîãóò áûòü îãðàíè÷åííûå ñâåäåíèÿ îá îáúåêòàõ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè, îïûò èññëåäîâàíèÿ ïîäîáíûõ ñîâîêóïíîñòåé è ò.ä.). Áóäåì ñ÷èòàòü òàêæå, ÷òî èìååòñÿ äðóãàÿ èíîðìàöèÿ, óêàçûâàþùàÿ íà òî, ÷òî mX = a1 , ãäå a1 > a. èïîòåçû: 1) H0 : mX = a, H1 : mX = a1 , a1 > a. Äðóãèå âàðèàíòû: 2) H0 : mX = a, H1 : mX = a1 , a1 < a; 3) H0 : mX = a, H1 : mX 6= a. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 210 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç Ïðîöåäóðà ïðîâåðêè ãèïîòåçû ãèïîòåòè÷åñêîé ãåíåðàëüíîé ñðåäíåé íîðìàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ïðè èçâåñòíîé äèñïåðñèè 1°. Ñîðìóëèðîâàòü ãèïîòåçû: H0 : mX = a0 , H1 : mX 6= a0 . 2°. Íàéòè íàáëþäàåìîå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ: Kýêñï = x − a0 √ . σ/ n 3°. Íàéòè êðèòè÷åñêóþ òî÷êó äâóñòîðîííåé êðèòè÷åñêîé îáëàñòè èç ðàâåíñòâà Φ(Kêðèò ) = (1 − α)/2. 4°. Ñðàâíèòü Kýêñï è Kêðèò : 1) åñëè |Kýêñï | > Kêðèò , òî íóëåâóþ ãèïîòåçó îòâåðãàþò; 2) åñëè |Kýêñï | < Kêðèò , òî íåò îñíîâàíèé îòâåðãíóòü íóëåâóþ ãèïîòåçó. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 211 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç 2°. èïîòåçà î ðàâåíñòâå äèñïåðñèé Ïóñòü íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííàÿ ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà X îïðåäåëåíà íà íåêîòîðîì ìíîæåñòâå, îáðàçóþùåì ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü, à íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííàÿ ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà Y îïðåäåëåíà íà äðóãîì ìíîæåñòâå, êîòîðîå òîæå ñîñòàâëÿåò ãåíåðàëüíóþ ñîâîêóïíîñòü. Èç îáåèõ ñîâîêóïíîñòåé äåëàþòñÿ âûáîðêè: èç ïåðâîé  îáúåìà n1 , à èç âòîðîé  îáúåìà n2 . Ïî êàæäîé âûáîðêå ðàññ÷èòûâàåòñÿ èñïðàâëåííàÿ âûáîðî÷íàÿ äèñïåðñèÿ: s21 äëÿ âûáîðêè èç ïåðâîé ñîâîêóïíîñòè è s22 äëÿ âûáîðêè èç âòîðîé ñîâîêóïíîñòè. 2 2 èïîòåçû: H0 : σX = σY2 , H1 : σX > σY2 . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 212 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç 3°. èïîòåçà î çíà÷èìîñòè âûáîðî÷íîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè Ïóñòü èìåþòñÿ äâå ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû X è Y , îïðåäåëåííûå íà ìíîæåñòâå îáúåêòîâ îäíîé è òîé æå ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè, ïðè÷åì îáå èìåþò íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå. Çàäà÷à çàêëþ÷àåòñÿ â ïðîâåðêå ñòàòèñòè÷åñêîé ãèïîòåçû îá îòñóòñòâèè êîððåëÿöèîííîé çàâèñèìîñòè ìåæäó ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè X è Y . èïîòåçû: H0 : ρXY = 0, H1 : ρXY 6= 0, ãäå ρXY  êîýèöèåíò ëèíåéíîé êîððåëÿöèè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 213 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç 4°. èïîòåçà î âèäå ðàñïðåäåëåíèÿ Ïóñòü ïðîâîäÿò n íåçàâèñèìûõ íàáëþäåíèé íàä íåêîòîðîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíîé X ñ íåèçâåñòíîé óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ F (x). èïîòåçû: H0 : F (x) = F0 (x), H1 : F (x) 6= F0 (x), ãäå F0 (x) ïîëíîñòüþ çàäàíà. Äðóãîé âàðèàíò: H0 : F (x) ∈ {F }, H1 : F (x) ∈ / {F }, ãäå {F }  çàäàííîå ñåìåéñòâî óíêöèé ðàñïðåäåëåíèÿ. Ïðè ýòîì îáû÷íî ñåìåéñòâî {F } çàäàþò â ïàðàìåòðè÷åñêîì âèäå: {Fθ }, ãäå Fθ = F (x, θ). Ïðèìåð 6.4. èïîòåçû: H0 : ïðèçíàê X èìååò íîðìàëüíûé çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ, H1 : ïðèçíàê X èìååò çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ, îòëè÷íûé îò íîðìàëüíîãî. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 214 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç 5°. èïîòåçà îäíîðîäíîñòè Ïðîèçâåäåíî k ñåðèé íåçàâèñèìûõ íàáëþäåíèé. Åñëè ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ íàáëþäåíèé îò ñåðèè ê ñåðèè íå ìåíÿåòñÿ, òî ãîâîðÿò, ÷òî ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå îäíîðîäíû. Ïóñòü Fℓ (x)  óíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ íàáëþäåíèé ℓ-é ñåðèè, ℓ = 1, ..., k . èïîòåçà: H0 : F1 (x) ≡ F2 (x) ≡ ... ≡ Fk (x). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 215 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç 6°. èïîòåçà íåçàâèñèìîñòè Íàáëþäàåòñÿ äâóìåðíàÿ ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà (X, Y ) ñ íåèçâåñòíîé óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ FXY (x, y), ïðîâåðÿåòñÿ ïðåäïîëîæåíèå î íåçàâèñèìîñòè êîìïîíåíò (X, Y ). èïîòåçà: H0 : FXY (x, y) = FX (x) FY (y), H1 : FXY (x, y) 6= FX (x) FY (y). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 216 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç 7°. èïîòåçà ñëó÷àéíîñòè åçóëüòàò ýêñïåðèìåíòà îïèñûâàþò ñëó÷àéíîé n-ìåðíîé âåëè÷èíîé X = (X1 , ..., Xn ) ñ íåèçâåñòíîé óíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ F (x). Äëÿ âûÿñíåíèÿ, ìîæíî ëè ðàññìàòðèâàòü X êàê ñëó÷àéíóþ âûáîðêó èç ðàñïðåäåëåíèÿ íåêîòîðîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû X (òî åñòü ÿâëÿþòñÿ ëè êîìïîíåíòû Xi íåçàâèñèìûìè è îäèíàêîâî ðàñïðåäåëåííûìè), ïðîâåðÿþò ãèïîòåçó ñëó÷àéíîñòè. èïîòåçà: H0 : F (x) ≡ FX1 (x) ≡ ... ≡ FXn (x) ≡ FX (x). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 217 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç Îïðåäåëåíèå 6.14. èïîòåçû î âèäå ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ïðîâåðÿþò ñ ïîìîùüþ êðèòåðèåâ ñîãëàñèÿ. Ôîðìû êðèòåðèåâ ñîãëàñèÿ 1 2 3 4 5 6 7 8 êðèòåðèé êðèòåðèé êðèòåðèé êðèòåðèé êðèòåðèé êðèòåðèé êðèòåðèé ... χ2 ("õè-êâàäðàò") Ïèðñîíà, ñîãëàñèÿ Êîëìîãîðîâà, ñîãëàñèÿ ω 2 Ìèçåñà, ñîãëàñèÿ ÀíäåðñîíàÄàðëèíãà, ñîãëàñèÿ Êóïåðà, ñîãëàñèÿ Ïèðñîíà, ñîãëàñèÿ Âàòñîíà, È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 218 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç Äðóãèå îðìû êðèòåðèåâ 1 2 3 êðèòåðèé çíà÷èìîñòè, êðèòåðèé ïðîâåðêè íà îäíîðîäíîñòü, íåïàðàìåòðè÷åñêèå êðèòåðèè: 1 2 3 4 5 6 4 Q-êðèòåðèé îçåíáàóìà, U -êðèòåðèé Ìàííà-Óèòíè, êðèòåðèé ÊîëìîãîðîâàÑìèðíîâà, êðèòåðèé Óèëêîêñîíà, êðèòåðèé Ïèðñîíà, êðèòåðèé çíàêîâ, ïàðàìåòðè÷åñêèå êðèòåðèè: 1 2 3 4 t-êðèòåðèé Ñòüþäåíòà, êðèòåðèé Ôèøåðà, êðèòåðèé îòíîøåíèÿ ïðàâäîïîäîáèÿ, êðèòåðèé îìàíîâñêîãî È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 219 / 297 6.2. Ïðèìåðû ìàòåìàòè÷åñêèõ îðìóëèðîâîê ãèïîòåç Àëãîðèòì ïðîâåðêè ïàðàìåòðè÷åñêèõ ãèïîòåç 1. Ñîðìóëèðîâàòü ñòàòèñòè÷åñêóþ ïàðàìåòðè÷åñêóþ ìîäåëü, íóëåâóþ è àëüòåðíàòèâíóþ ãèïîòåçû, çàäàòü óðîâåíü çíà÷èìîñòè α. 2. Âûáðàòü ñòàòèñòèêó T (X; θ), òàêóþ, ÷òî îíà ñàìà çàâèñèò îò ïàðàìåòðà θ, à åå ðàñïðåäåëåíèå ïðè âåðíîé H0 îò θ íå çàâèñèò è ðàçëè÷àåòñÿ ïðè H0 è ïðè H1 . 3. Íàéòè êðèòè÷åñêóþ îáëàñòü W. 4. àññ÷èòàòü ïî âûáîðêå çíà÷åíèå ñòàòèñòèêè týêñï . 5. Åñëè týêñï ïîïàäàåò â êðèòè÷åñêóþ îáëàñòü W, òî íóëåâàÿ ãèïîòåçà îòâåðãàåòñÿ (â ïîëüçó àëüòåðíàòèâíîé). Åñëè týêñï íå ïîïàäàåò â êðèòè÷åñêóþ îáëàñòü W, òî íóëåâàÿ ãèïîòåçà íå îòâåðãàåòñÿ. 6. Ñîðìóëèðîâàòü îòâåò â òåðìèíàõ âîïðîñà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 220 / 297 6.3. Ïðèìåðû êðèòåðèåâ 1°. Êðèòåðèé çíàêîâ Ïóñòü X = {X1 , ..., Xm }, Y = {Y1 , ..., Ym }  ïàðíûå âûáîðêè. èïîòåçà: H0 : FX = FY (âûáîðêè îòíîñÿòñÿ ê îäíîé è òîé æå ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè). Ñîäåðæàòåëüíàÿ èíòåðïðåòàöèÿ: íåêîòîðûé ïîêàçàòåëü ñíèìàëñÿ ñ m îáúåêòîâ äî (X ) è ïîñëå (Y ) íåêîòîðîãî âîçäåéñòâèÿ. èïîòåçà H0 : âîçäåéñòâèå íå ïîâëèÿëî íà ïîêàçàòåëü. Ïðèìåð 6.5. Ó ãðóïïû ñòóäåíòîâ ïðîâåðÿëèñü çíàíèÿ ýëåìåíòàðíîé ìàòåìàòèêè ÷åðåç ïîëãîäà (X ) è ÷åðåç ïîëòîðà ãîäà (Y ) ïîñëå îêîí÷àíèÿ øêîëû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 221 / 297 6.3. Ïðèìåðû êðèòåðèåâ 2°. àíãîâûé U -êðèòåðèé Êðèòåðèé ïðîâåðÿåò ãèïîòåçó H0 î òîì, ÷òî äâå âûáîðêè èçâëå÷åíû èç îáùåé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè.  ÷àñòíîñòè, îí ïðèìåíèì ê ïðîâåðêå ãèïîòåçû î ðàâåíñòâå ñðåäíèõ äëÿ íåçàâèñèìûõ âûáîðîê. Äàííûå äîëæíû áûòü ÷èñëîâûìè èëè "ïîëóêîëè÷åñòâåííûìè" (òàê íàçûâàþò äàííûå, êîòîðûå íå âûðàæàþòñÿ ÷èñëàìè, íî ìîãóò áûòü óïîðÿäî÷åíû, ïðîðàíæèðîâàíû). Ýëåìåíòû ïåðâîé âûáîðêè ïîïàðíî ñðàâíèâàþòñÿ ñ ýëåìåíòàìè âòîðîé âûáîðêè è ïîäñ÷èòûâàåòñÿ ÷èñëî èíâåðñèé. Àëãîðèòì îïðåäåëÿåò, äîñòàòî÷íî ëè ìàëà çîíà ïåðåêðåùèâàþùèõñÿ çíà÷åíèé ìåæäó äâóìÿ ðàíæèðîâàííûìè ðÿäàìè çíà÷åíèé â ïåðâîé è âòîðîé âûáîðêàõ. ×åì ìåíüøå çíà÷åíèå ñòàòèñòèêè, òåì âåðîÿòíåå, ÷òî ðàçëè÷èÿ ìåæäó âûáîðêàìè äîñòîâåðíû. àñïðåäåëåíèå ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ïðåäïîëàãàåòñÿ íåïðåðûâíûì (èñïîëüçóåòñÿ ñâîéñòâî ðàíãîâ ýëåìåíòîâ âûáîðêè èç íåïðåðûâíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ: âñå âîçìîæíûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàíãîâ ðàâíîâåðîÿòíû). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 222 / 297 6.4. Êðèòåðèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà Êðèòåðèé îñíîâàí íà ñðàâíåíèè 1 2 ýìïèðè÷åñêîé ãèñòîãðàììû ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû ñ åå òåîðåòè÷åñêîé ïëîòíîñòüþ äëÿ íåïðåðûâíîãî ïðèçíàêà; ýìïèðè÷åñêîãî ìíîãîóãîëüíèêà ðàñïðåäåëåíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû ñ åå òåîðåòè÷åñêèì ìíîãîóãîëüíèêîì ðàñïðåäåëåíèÿ äëÿ íåïðåðûâíîãî ïðèçíàêà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 223 / 297 6.4. Êðèòåðèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà Äëÿ äèñêðåòíûõ ïðèçíàêîâ Ïóñòü ïîñëåäîâàòåëüíûé äèàïàçîí èçìåíåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ âêëþ÷àåò k çíà÷åíèé. Ïîäñ÷èòûâàåòñÿ ñòàòèñòèêà 2 χýêñï = k X (mi − n pi )2 i=1 n pi k X m2i = − n, n pi i=1 ãäå mi  ÷àñòîòà xi ; n  îáúåì âûáîðêè; P(X = xi )  âåðîÿòíîñòè ñîãëàñíî ãèïîòåòè÷åñêîìó òåîðåòè÷åñêîìó çàêîíó ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé ïðèçíàêà; pi = P(X = xi )  òåîðåòè÷åñêàÿ âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî X = xi . Ñòàòèñòèêà èìååò ðàñïðåäåëåíèå χ2 ñ r = k − ℓ − 1 ñòåïåíÿìè ñâîáîäû, ãäå ℓ  ÷èñëî ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèÿ, îöåíèâàåìûõ ïî âûáîðêå. Ïðàâèëî ïðîâåðêè ãèïîòåçû: åñëè χ2ýêñï > χ2r;α , òî íà óðîâíå çíà÷èìîñòè α ãèïîòåçà H0 îòêëîíÿåòñÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 224 / 297 6.4. Êðèòåðèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà Äëÿ íåïðåðûâíûõ ïðèçíàêîâ Äèàïàçîí èçìåíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ðàçáèâàåòñÿ íà k èíòåðâàëîâ, è ïîäñ÷èòûâàåòñÿ ñòàòèñòèêà 2 χýêñï k X mi − n p i = n pi i=1 2 k X m2i = − n, n pi i=1 ãäå mi  êîëè÷åñòâî ýëåìåíòîâ âûáîðêè, ïîïàâøèõ â i-é èíòåðâàë; n  îáúåì âûáîðêè; F (x)  ãèïîòåòè÷åñêèé òåîðåòè÷åñêèé çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû; pi = F (x⋆i+1 )−F (x⋆i )  òåîðåòè÷åñêàÿ âåðîÿòíîñòü ïîïàäàíèÿ ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû â i-é èíòåðâàë. Ñòàòèñòèêà èìååò ðàñïðåäåëåíèå χ2 ñ r = k − ℓ − 1 ñòåïåíÿìè ñâîáîäû, ãäå ℓ  ÷èñëî ïàðàìåòðîâ ðàñïðåäåëåíèÿ, îöåíèâàåìûõ ïî âûáîðêå. Ïðàâèëî ïðîâåðêè ãèïîòåçû: åñëè χ2ýêñï > χ2r;α , òî íà óðîâíå çíà÷èìîñòè α ãèïîòåçà H0 îòêëîíÿåòñÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 225 / 297 6.4. Êðèòåðèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà Ïðèìå÷àíèÿ Êðèòåðèé χ2 èñïîëüçóåò òîò àêò, ÷òî ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà (mi − √ n pi )/ n pi , i = 1, 2, ..., k , èìååò ðàñïðåäåëåíèå, áëèçêîå ê íîðìàëüíîìó N (0, 1). ×òîáû ýòî óòâåðæäåíèå âûïîëíÿëîñü äîñòàòî÷íî òî÷íî, ÷òîáû äëÿ âñåõ èíòåðâàëîâ äëÿ ÍÏ è âîçìîæíûõ çíà÷åíèé ÄÏ âûïîëíÿëîñü óñëîâèå n pi > 5. Åñëè â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ýòî óñëîâèå íå âûïîëíÿåòñÿ, òî ñîîòâåòñòâóþùèå èíòåðâàëû èëè çíà÷åíèÿ ñëåäóåò îáúåäèíèòü ñ ñîñåäíèìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 226 / 297 6.4. Êðèòåðèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà Ïðèìåð 6.6. Ïî îèöèàëüíûì äàííûì â Øâåöèè â 2013 ã. ðîäèëîñü 113593 ðåáåíêà, ïðè÷åì ïî ìåñÿöàì áûëî 9500, 8717, 9916, 10034, 10230, 9716, 10506, 10199, 9426, 9081, 8167, 8101 ðîæäåíèé. Ñîâìåñòèìû ëè ýòè äàííûå ñ ãèïîòåçîé, ÷òî äåíü ðîæäåíèÿ ðåáåíêà ñ ðàâíîé âåðîÿòíîñòüþ ïðèõîäèòñÿ íà ëþáîé èç 365 äíåé ãîäà? È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 227 / 297 6.4. Êðèòåðèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà Ïðèìåð 6.7.  ïîòîêå ñîîáùåíèé, ïîñòóïàþùèõ íà ïî÷òîâûé ñåðâåð, èìåþòñÿ ïèñüìà, àäðåñîâàííûå ñðàçó íåñêîëüêèì àäðåñàòàì.  òàáëèöå ïðèâåäåíû 200 íàáëþäåííûõ çíà÷åíèé ñëó÷àéíîãî ÷èñëà X àäðåñîâ, óêàçàííûõ â çàãîëîâêå ñîîáùåíèÿ: xi 1 2 3 4 5 6 7 8 > 8 mi 107 55 22 8 5 2 0 1 0 Èñïîëüçóÿ êðèòåðèé Ïèðñîíà, ïðîâåðèòü ãèïîòåçó î ñîãëàñèè íàáëþäåíèé ñ ãåîìåòðè÷åñêèì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ, ïðèíÿâ óðîâåíü çíà÷èìîñòè α ðàâíûì 0,044. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 228 / 297 àçäåë 7. åãðåññèîííî-êîððåëÿöèîííûé àíàëèç È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 229 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç Îäíîé èç îñíîâíûõ çàäà÷ ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêè ÿâëÿåòñÿ èññëåäîâàíèå çàâèñèìîñòè ìåæäó äâóìÿ èëè íåñêîëüêèìè ïðèçíàêàìè. àññìîòðèì âíà÷àëå çàâèñèìîñòü ìåæäó äâóìÿ ïðèçíàêàìè X è Y . Äâå ïåðåìåííûå X è Y ìîãóò áûòü ëèáî íåçàâèñèìûìè, ëèáî ñâÿçàííûìè óíêöèîíàëüíîé èëè ñòàòèñòè÷åñêîé çàâèñèìîñòüþ. Îïðåäåëåíèå 7.1. Ôóíêöèîíàëüíîé çàâèñèìîñòüþ ìåæäó ïðèçíàêàìè X è Y íàçûâàåòñÿ ïðàâèëî f , êîòîðîå êàæäîìó ýëåìåíòó X èç ïðîèçâîëüíîãî ìíîæåñòâà E ñòàâèò â ñîîòâåòñòâèå îïðåäåëåííûé ýëåìåíò Y ìíîæåñòâà D, ò.å. y = f (x). Ñòàòèñòè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó ñëó÷àéíûìè ïðèçíàêàìè X è Y îïðåäåëÿåòñÿ çàäàíèåì óíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ äâóìåðíîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 230 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç Îïðåäåëåíèå 7.2. Ñòàòèñòè÷åñêîé çàâèñèìîñòüþ ìåæäó ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè X è Y  ñîñòàâëÿþùèìè äâóìåðíîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû (X, Y ) íàçûâàåòñÿ ïðàâèëî, êîòîðîå êàæäîìó ÷èñëó x èç ÷èñëîâîãî ìíîæåñòâà R ñòàâèò â ñîîòâåòñòâèå óñëîâíûé çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ñîñòàâëÿþùåé Y , ò.å. êàæäîìó x ñîîòâåòñòâóåò f (y|x). Îïðåäåëåíèå 7.3. Îñíîâíàÿ öåëü èçó÷åíèÿ çàâèñèìîñòåé ìåæäó ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè çàêëþ÷àåòñÿ â ïðåäñêàçàíèè (ïðîãíîçå) ñ äàííîé âåðîÿòíîñòüþ çíà÷åíèé îáëàñòè èçìåíåíèÿ îäíîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû íà îñíîâàíèè íàáëþäåííûõ çíà÷åíèé äðóãîé ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 231 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 232 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ !!! Ñâÿçü êàê ñèíõðîííîñòü (ñîãëàñîâàííîñòü)  êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. Ñâÿçü êàê çàâèñèìîñòü (âëèÿíèå)  ðåãðåññèîííûé àíàëèç (ïðè÷èííîñëåäñòâåííûå ñâÿçè).  ðåãðåññèîííîì àíàëèçå îäèí èç ïðèçíàêîâ çàâèñèò îò äðóãîãî. Îïðåäåëåíèå 7.4. Ïåðâûé (çàâèñèìûé) ïðèçíàê íàçûâàåòñÿ â ðåãðåññèîííîì àíàëèçå ðåçóëüòèðóþùèì, âòîðîé (íåçàâèñèìûé)  àêòîðíûì. Íå âñåãäà ìîæíî îäíîçíà÷íî îïðåäåëèòü, êàêîé èç ïðèçíàêîâ ÿâëÿåòñÿ íåçàâèñèìûì, à êàêîé  çàâèñèìûì. ×àñòî ñâÿçü ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê äâóíàïðàâëåííàÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 233 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ýòàïû àíàëèçà 1 2 3 Âûÿâëåíèå íàëè÷èÿ âçàèìîñâÿçè ìåæäó ïðèçíàêàìè. Îïðåäåëåíèå îðìû ñâÿçè. Îïðåäåëåíèå ñèëû (òåñíîòû) è íàïðàâëåíèÿ ñâÿçè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 234 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ýòàï 1. Âûÿâëåíèå íàëè÷èÿ âçàèìîñâÿçè ìåæäó ïðèçíàêàìè Äèàãðàììà ðàññåÿíèÿ (êîððåëÿöèîííîå ïîëå) 7 6 5 4 3 2 1 -1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 1 2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 3 4 5 235 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ýòàï 2. Îïðåäåëåíèå îðìû ñâÿçè 1 2 Ëèíåéíàÿ ñâÿçü Íåëèíåéíàÿ ñâÿçü Ïîñêîëüêó íàèáîëåå ïðîñòîé îðìîé çàâèñèìîñòè â ìàòåìàòèêå ÿâëÿåòñÿ ïðÿìàÿ, òî è â ðåãðåññèîííîì àíàëèçå íàèáîëåå ïîïóëÿðíû ëèíåéíûå ìîäåëè. Îäíàêî èíîãäà ðàñïîëîæåíèå òî÷åê íà äèàãðàììå ðàññåÿíèÿ ïîêàçûâàåò íåëèíåéíóþ çàâèñèìîñòü ëèáî âîîáùå îòñóòñòâèå ñâÿçè ìåæäó ïðèçíàêàìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 236 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 237 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïîýòîìó â îáùåì ñëó÷àå â ðåãðåññèîííîì àíàëèçå çàâèñèìîñòü Y îò X ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà â âèäå íåëèíåéíîãî ìîäåëüíîãî óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè E[Y |x] = ϕ(x).  ñèëó âîçäåéñòâèÿ íåó÷òåííûõ ñëó÷àéíûõ àêòîðîâ è ïðè÷èí îòäåëüíûå íàáëþäåíèÿ ïåðåìåííîé Y áóäóò â áîëüøåé èëè ìåíüøåé ìåðå îòêëîíÿòüñÿ îò óíêöèè ðåãðåññèè ϕ(x).  ýòîì ñëó÷àå óðàâíåíèå âçàèìîñâÿçè äâóõ ïåðåìåííûõ (ïàðíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü) ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â âèäå: Y = ϕ(X) + ε, ãäå ε  ñëó÷àéíàÿ ïåðåìåííàÿ (ñëó÷àéíûé ÷ëåí), õàðàêòåðèçóþùàÿ îòêëîíåíèå îò óíêöèè ðåãðåññèè. Ýòó ïåðåìåííóþ íàçûâàåòñÿ âîçìóùàþùåé (âîçìóùåíèåì, îøèáêîé). Òàêèì îáðàçîì, â ðåãðåññèîííîé ìîäåëè çàâèñèìàÿ ïåðåìåííàÿ Y åñòü íåêîòîðàÿ óíêöèÿ ϕ(X) ñ òî÷íîñòüþ äî ñëó÷àéíîãî âîçìóùåíèÿ ε. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 238 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè àññìîòðèì ìîäåëü ëèíåéíîãî ðåãðåññèîííîãî àíàëèçà (ËÀ), â êîòîðîì óíêöèÿ ϕ(X) ëèíåéíà îòíîñèòåëüíî îöåíèâàåìûõ ïàðàìåòðîâ. Ëèíèÿ ðåãðåññèè Ïðÿìàÿ ëèíèÿ, êîýèöèåíòû óðàâíåíèÿ êîòîðîé âû÷èñëåíû ñ ïîìîùüþ ìåòîäà íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ, íàçûâàåòñÿ ïðÿìîé ëèíèåé ðåãðåññèè. Îíà õàðàêòåðèçóåòñÿ òåì, ÷òî ñóììà êâàäðàòîâ ðàññòîÿíèé îò òî÷åê íà äèàãðàììå äî ýòîé ëèíèè ìèíèìàëüíà (ïî ñðàâíåíèþ ñî âñåìè âîçìîæíûìè ëèíèÿìè). Ïðÿìàÿ ëèíèÿ ðåãðåññèè äàåò íàèëó÷øåå ïðèáëèæåííîå îïèñàíèå ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè ìåæäó äâóìÿ ïåðåìåííûìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 239 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè 7 6 5 4 3 2 1 -1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 1 2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 3 4 5 240 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè Óðàâíåíèå ïàðíîé ëèíåéíîé ðåãðåññèè Êàê èçâåñòíî, óðàâíåíèå ïðÿìîé ëèíèè äëÿ íåñëó÷àéíûõ ïåðåìåííûõ îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì âèäà y = a x + b.  ðàìêàõ ËÀ òàêîé âèä èìååò óðàâíåíèå ðåãðåññèè [Y |x] = α X + β , ãäå Y  ðåçóëüòèðóþùèé ïðèçíàê, X  àêòîðíûé ïðèçíàê, α è β  ÷èñëîâûå ïàðàìåòðû óðàâíåíèÿ. Êîýèöèåíò α â óðàâíåíèè ðåãðåññèè íàçûâàåòñÿ êîýèöèåíòîì ðåãðåññèè. E Ëèíèÿ ðåãðåññèè Ïðÿìàÿ ëèíèÿ, êîýèöèåíòû óðàâíåíèÿ êîòîðîé âû÷èñëåíû ñ ïîìîùüþ ìåòîäà íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ, íàçûâàåòñÿ ëèíèåé ðåãðåññèè. Îíà õàðàêòåðèçóåòñÿ òåì, ÷òî ñóììà êâàäðàòîâ ðàññòîÿíèé îò òî÷åê íà äèàãðàììå äî ýòîé ëèíèè ìèíèìàëüíà (ïî ñðàâíåíèþ ñî âñåìè âîçìîæíûìè ëèíèÿìè). Ïðåäïîëîæèì, ÷òî äëÿ îöåíêè ïàðàìåòðîâ ëèíåéíîé óíêöèè ðåãðåññèè âçÿòà âûáîðêà, ñîäåðæàùàÿ n ïàð âàðèàíò (xi , yi ), ãäå i = 1, 2, ..., n.  ýòîì ñëó÷àå ëèíåéíàÿ ïàðíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü èìååò âèä: Yi = α X + β + εi , È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 241 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè Y yx = a x + b ϵi Pi(xi,yi) X È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 242 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè Äëÿ âû÷èñëåíèÿ îöåíîê a è b êîýèöèåíòîâ α è β ïîòðåáóåì âûïîëíåíèÿ óñëîâèÿ ìèíèìóìà íåâÿçêè: ε2 = n X ǫ2i = i=1 n n X  2 X 2 yi − y x (xi ) = yi − a xi − b =⇒ min . i=1 i=1 Ïîñêîëüêó íåâÿçêà ε2 êàê óíêöèÿ ïàðàìåòðîâ a è b èìååò ëîêàëüíûé ìèíèìóì, òî äëÿ îïðåäåëåíèÿ ýòîãî ìèíèìóìà íàõîäÿò ÷àñòíûå ïðîèçâîäíûå ε2 ïî a è b: n X  ∂ε2 = −2 yi − a xi − b xi , ∂a i=1 n X  ∂ε2 = −2 yi − a xi − b . ∂b i=1 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 243 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè Çàòåì ïðèðàâíèâàþò ýòè ïðîèçâîäíûå ê íóëþ: n X i=1  yi − a xi − b xi = 0, n X i=1  yi − a xi − b = 0, è ðåøàþò ïîëó÷èâøóþñÿ ñèñòåìó óðàâíåíèé îòíîñèòåëüíî a è b: a n X x2i + b i=1 a n X xi = i=1 n X i=1 xi + n b = n X xi yi , i=1 n X yi , i=1 êîòîðàÿ ïîñëå äåëåíèÿ ïðàâûõ è ëåâûõ ÷àñòåé óðàâíåíèé íà n ïðèíèìàåò ñëåäóþùóþ îðìó: x2 a + x b = x y, x a + b = y. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 244 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè Òîãäà îöåíêè êîýèöèåíòîâ óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè áóäóò âûãëÿäåòü òàê: èëè α b=a= xy − xy x2 − x2 α b = a = rXY , sY , sX x2 x2 − x x y βb = b = , x2 − x2 βb = b = y − a x. Ïðè ýòîì âûáîðî÷íîå óðàâíåíèå ðåãðåññèè ìîæíî áóäåò çàïèñàòü â äâóõ îðìàõ: sY y = a y + b, y = y + rXY (x − x). sX È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 245 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè Ñ ïîìîùüþ ÌÍÊ ìîæíî ñòðîèòü è íåëèíåéíóþ ðåãðåññèþ: 6 5 4 3 2 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) 1 2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 3 246 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.2. Ëèíèÿ è óðàâíåíèå ðåãðåññèè Ñìûñë êîýèöèåíòà ðåãðåññèè  îáùåì ñëó÷àå êîýèöèåíò ðåãðåññèè α ïîêàçûâàåò, êàê â ñðåäíåì èçìåíèòñÿ ðåçóëüòàòèâíûé ïðèçíàê (Y ), åñëè àêòîðíûé ïðèçíàê (X ) óâåëè÷èòñÿ íà åäèíèöó. Ñâîéñòâà êîýèöèåíòà ðåãðåññèè 1 2 3 4 Êîýèöèåíò ðåãðåññèè ìîæåò ïðèíèìàòü ëþáûå äåéñòâèòåëüíûå çíà÷åíèÿ. Êîýèöèåíò ðåãðåññèè íå ñèììåòðè÷åí, ò.å. èçìåíÿåòñÿ, åñëè X è Y ïîìåíÿòü ìåñòàìè. Åäèíèöåé èçìåðåíèÿ êîýèöèåíòà ðåãðåññèè ÿâëÿåòñÿ îòíîøåíèå åäèíèöû èçìåðåíèÿ Y ê åäèíèöå èçìåðåíèÿ X . Êîýèöèåíò ðåãðåññèè èçìåíÿåòñÿ ïðè èçìåíåíèè åäèíèö èçìåðåíèÿ X è Y. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 247 / 297 6.4. Êðèòåðèèé õè-êâàäðàò Ïèðñîíà Ïðèìåð 7.1. Íåîáõîäèìî ïðåäñêàçàòü îáúåì ãîäîâûõ ïðîäàæ äëÿ íîâûõ ìàãàçèíîâ, çíàÿ èõ ðàçìåðû. Äëÿ îöåíêè çàâèñèìîñòè ìåæäó ðàçìåðîì ìàãàçèíà X (â êâàäðàòíûõ óòàõ) è îáúåìîì åãî ãîäîâûõ ïðîäàæ (â ìëí. USD) èñïîëüçîâàòü âûáîðêó èç 14 ìàãàçèíîâ: xi 1,7 1,6 2,8 5,6 1,3 2,2 1,3 1,1 3,2 1,5 5,2 4,6 5,8 3,0 yi 3,7 3,9 6,7 9,5 3,4 5,6 3,7 2,7 5,5 2,9 10,7 7,6 11,8 4,1 Íàéòè âûáîðî÷íûé êîýèöèåíò êîððåëÿöèè è ïîñòðîèòü ëèíåéíîå óðàâíåíèå ðåãðåññèè Y íà X . È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 248 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Óñëîæíåíèå ìîäåëè Îáû÷íî íà çàâèñèìóþ ïåðåìåííóþ äåéñòâóþò ñðàçó íåñêîëüêî àêòîðîâ, ñðåäè êîòîðûõ òðóäíî âûäåëèòü åäèíñòâåííûé èëè ãëàâíûé. Ïðè ýòîì àêòîðû, âëèÿþùèå íà çàâèñèìóþ ïåðåìåííóþ, êàê ïðàâèëî, íå ÿâëÿþòñÿ íåçàâèñèìûìè äðóã îò äðóãà. Òàêèì îáðàçîì, ñîâîêóïíîå âëèÿíèå âñåõ íåçàâèñèìûõ àêòîðîâ íà çàâèñèìóþ ïåðåìåííóþ íå ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî êàê ïðîñòàÿ ñóììà íåñêîëüêèõ ïàðíûõ ðåãðåññèé. Ýòî ñîâîêóïíîå âëèÿíèå íàõîäèòñÿ áîëåå ñëîæíûì ìåòîäîì  ìåòîäîì ìíîæåñòâåííîé ðåãðåññèè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 249 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Íåâîçìîæíîñòü ñëîæåíèÿ âëèÿíèé îòäåëüíûõ àêòîðîâ ñâÿçàíà ñ ýåêòîì ìóëüòèêîëëèíåàðíîñòè, èëè âëèÿíèåì íåçàâèñèìûõ àêòîðîâ äðóã íà äðóãà. Ïðè ýòîì êàæäûé àêòîð âëèÿåò íà ðåçóëüòàò êàê íåïîñðåäñòâåííî, òàê è îïîñðåäîâàíî, ÷åðåç ñâÿçü ñ äðóãèìè àêòîðàìè. Îïðåäåëåíèå 7.5. Ìóëüòèêîëëèíåàðíîñòü  íàëè÷èå ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè ìåæäó îáúÿñíÿþùèìè ïåðåìåííûìè (àêòîðàìè) ðåãðåññèîííîé ìîäåëè. Ïðè íàëè÷èè ñóùåñòâåííîé ìóëüòèêîëëèíåàðíîñòè èíòåðïðåòàöèÿ êîýèöèåíòîâ óðàâíåíèÿ ìíîæåñòâåííîé ðåãðåññèè ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíîé. Ïîýòîìó ïðè ïîñòðîåíèè ðåãðåññèîííûõ ìîäåëåé âëèÿíèå ìóëüòèêîëëèíåàðíîñòè ñëåäóåò ìèíèìèçèðîâàòü, íàïðèìåð, èç êàæäîé ãðóïïû òåñíî ñâÿçàííûõ àêòîðíûõ ïðèçíàêîâ îñòàâëÿòü òîëüêî îäèí. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 250 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Ïðè ýòîì ðàçëè÷àþò ïîëíóþ êîëëèíåàðíîñòü, êîòîðàÿ îçíà÷àåò íàëè÷èå óíêöèîíàëüíîé (òîæäåñòâåííîé) ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè è ÷àñòè÷íóþ, èëè ïðîñòî ìóëüòèêîëëèíåàðíîñòü  íàëè÷èå ñèëüíîé êîððåëÿöèè ìåæäó àêòîðàìè. Ïîëíàÿ êîëëèíåàðíîñòü ïðèâîäèò ê íåîïðåäåëåííîñòè ïàðàìåòðîâ â ëèíåéíîé ðåãðåññèèîííîé ìîäåëè íåçàâèñèìî îò ìåòîäîâ îöåíêè. Óðàâíåíèå ìíîæåñòâåííîé ëèíåéíîé ðåãðåññèè Y = β + α1 X1 + α2 X2 + ... + αm Xm + ε, ãäå X1 , X2 , ..., Xm  íåçàâèñèìûå ïåðåìåííûå (àêòîðû); α1 , α2 , ..., αm  ñîîòâåòñòâóþùèå èì êîýèöèåíòû ðåãðåññèè. Ñìûñë êîýèöèåíòà ðåãðåññèè â óðàâíåíèè ìíîæåñòâåííîé ðåãðåññèè ñîñòîèò â òîì, ÷òî îí ïîêàçûâàåò êàê â ñðåäíåì èçìåíèòñÿ çíà÷åíèå ðåçóëüòàòèâíîãî ïðèçíàêà, åñëè ñîîòâåòñòâóþùèé àêòîðíûé ïðèçíàê óâåëè÷èòñÿ íà åäèíèöó ïðè èêñèðîâàííûõ çíà÷åíèÿõ âñåõ îñòàëüíûõ àêòîðîâ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 251 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû ïðèìåíåíèÿ ìíîæåñòâåííîé ðåãðåññèè 1 2 3 4 5 Êîýèöèåíò ìíîæåñòâåííîé êîððåëÿöèè R. Ñîîòâåòñòâóþùèé êîýèöèåíò äåòåðìèíàöèè R2 . Çíà÷èìîñòü ðåãðåññèîííîé ìîäåëè. Êîýèöèåíòû ðåãðåññèè è óðîâíè çíà÷èìîñòè. ×àñòíûå êîýèöèåíòû êîððåëÿöèè. Êîýèöèåíò ìíîæåñòâåííîé êîððåëÿöèè (ÊÌÊ) R ÊÌÊ R ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì êîýèöèåíòà ïàðíîé êîððåëÿöèè äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ÷èñëî íåçàâèñèìûõ àêòîðîâ, âêëþ÷åííûõ â óðàâíåíèå, áîëüøå îäíîãî. 1 R ÿâëÿåòñÿ âåëè÷èíîé áåçðàçìåðíîé. 2 R íå ìåíÿåòñÿ ïðè èçìåíåíèè åäèíèö èçìåðåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðèçíàêîâ. 3 R ïðèíèìàåò çíà÷åíèÿ â èíòåðâàëå [0;1℄. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 252 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Êîýèöèåíò äåòåðìèíàöèè R2 1 2 3 4 5 6 Êâàäðàò êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè âûáîðêè, êàê ïðàâèëî, îáîçíà÷àåòñÿ R2 è íàçûâàåòñÿ êîýèöèåíòîì äåòåðìèíàöèè (ÊÄ). ÊÄ îöåíèâàåò äîëþ äèñïåðñèè (èçìåí÷èâîñòè) Y , êîòîðàÿ îáúÿñíÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ X â ïðîñòîé ëèíåéíîé ðåãðåññèîííîé ìîäåëè.  ìíîæåñòâåííîé ðåãðåññèè ÊÄ R2 ïîêàçûâàåò, íàñêîëüêî èçìåíåíèÿ çàâèñèìîãî ïðèçíàêà (â ïðîöåíòàõ) îáúÿñíÿþòñÿ èçìåíåíèÿìè ñîâîêóïíîñòè íåçàâèñèìûõ ïðèçíàêîâ, ò.å. ýòî äîëÿ äèñïåðñèè çàâèñèìîãî ïðèçíàêà, îáúÿñíÿåìàÿ âëèÿíèåì íåçàâèñèìûõ ïðèçíàêîâ. ×åì áëèæå R2 ê 1, òåì âûøå êà÷åñòâî ìîäåëè. àâåíñòâî êîýèöèåíòà íóëþ îçíà÷àåò, ÷òî âûáðàííûå àêòîðû íå óëó÷øàþò êà÷åñòâî ïðåäñêàçàíèÿ yi ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäñêàçàíèåì ïî ìîäåëè. Äîñòàòî÷íî êà÷åñòâåííîé ìîæíî ïðèçíàòü ìîäåëü ñ ÊÄ âûøå 0,8. Íåäîñòàòêîì ÊÄ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îí óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè äîáàâëåíèè íîâûõ îáúÿñíÿþùèõ ïåðåìåííûõ, ÷òî íåîáÿçàòåëüíî îçíà÷àåò óëó÷øåíèå êà÷åñòâà ðåãðåññèîííîé ìîäåëè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå, äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîãî íåäîñòàòêà, íà ïðàêòèêå ÷àùå èñïîëüçóåòñÿ ñêîððåêòèðîâàííûé ÊÄ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 253 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Êîýèöèåíò ìíîæåñòâåííîé êîððåëÿöèè (ÊÌÊ, ïðîäîëæåíèå) 1 2 3 4 5 6 ÊÌÊ ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì êîýèöèåíòà ïàðíîé êîððåëÿöèè äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ÷èñëî íåçàâèñèìûõ àêòîðîâ, âêëþ÷åííûõ â óðàâíåíèå, áîëüøå îäíîãî. ÊÌÊ ÿâëÿåòñÿ âåëè÷èíîé áåçðàçìåðíîé. Ïî àíàëîãèè ñ ïàðíîé ðåãðåññèåé ÊÌÊ ìîæíî îïðåäåëèòü êàê äîëþ äèñïåðñèè ðåçóëüòàòà, îáúÿñíåííóþ âàðèàöèåé âêëþ÷åííûõ â ìîäåëü àêòîðîâ, â åãî îáùåé äèñïåðñèè. Çíà÷åíèÿ êîýèöèåíòà ìíîæåñòâåííîé äåòåðìèíàöèè (ÊÌÄ) èçìåíÿþòñÿ îò íóëÿ äî åäèíèöû. ×åì áëèæå ýòîò êîýèöèåíò ê åäèíèöå, òåì áîëüøå óðàâíåíèå ðåãðåññèè îáúÿñíÿåò ïîâåäåíèå ðåçóëüòàòà. ÊÌÊ õàðàêòåðèçóåò òåñíîòó ñâÿçè ðàññìàòðèâàåìîãî íàáîðà àêòîðîâ ñ èññëåäóåìûì ïðèçíàêîì èëè, èíûìè ñëîâàìè, îöåíèâàåò òåñíîòó ñâÿçè ñîâìåñòíîãî âëèÿíèÿ àêòîðîâ íà ðåçóëüòàò. ÊÌÊ ìîæåò áûòü íàéäåí êàê êîðåíü êâàäðàòíûé èç ÊÌÄ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 254 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Çíà÷èìîñòü ðåãðåññèîííîé ìîäåëè 1 2 3 4 5 Åñëè êîýèöèåíò ìíîæåñòâåííîé êîððåëÿöèè âû÷èñëåí íà îñíîâå âûáîðî÷íûõ äàííûõ, òî âîçìîæíî, ÷òî åãî çíà÷åíèå íå îòðàæàåò ðåàëüíîé ñâÿçè ìåæäó ïðèçíàêàìè, à ïîëó÷åíî â äàííîé âûáîðêå ñëó÷àéíî (ïðè ýòîì â ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ïðèçíàêè íåçàâèñèìû).  îñíîâå ïðîâåðêè çíà÷èìîñòè ðåãðåññèè ëåæèò èäåÿ ðàçëîæåíèÿ äèñïåðñèè (ðàçáðîñà) ðåçóëüòàòèâíîãî ïðèçíàêà íà àêòîðíóþ è îñòàòî÷íóþ äèñïåðñèè, ò.å. îáúÿñíåííóþ (çà ñ÷åò íåçàâèñèìûõ àêòîðîâ) ÷àñòü äèñïåðñèè è ÷àñòü, îñòàâøóþñÿ íåîáúÿñíåííîé â ðàìêàõ äàííîé ìîäåëè. Ìåðîé çíà÷èìîñòè ðåãðåññèè ñëóæèò çíà÷åíèå F -êðèòåðèÿ  îòíîøåíèÿ àêòîðíîé äèñïåðñèè ê îñòàòî÷íîé. ×åì ëó÷øå ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü, òåì âûøå äîëÿ àêòîðíîé è íèæå äîëÿ îñòàòî÷íîé äèñïåðñèè. Äëÿ êàæäîãî çíà÷åíèÿ F ìîæíî âû÷èñëèòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âåðîÿòíîñòü. Åñëè çíà÷åíèå ýòîé âåðîÿòíîñòè ìåíüøå ïðèíÿòîãî óðîâíÿ çíà÷èìîñòè α (âåðîÿòíîñòè îøèáêè), ãèïîòåçà îá îòñóòñòâèè ëèíåéíîé ñâÿçè ìåæäó ðåçóëüòàòèâíûì è àêòîðíûìè ïðèçíàêàìè îòêëîíÿåòñÿ è ðåãðåññèÿ ïðèçíàåòñÿ çíà÷èìîé. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 255 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Ïðîâåðêà çíà÷èìîñòè êîýèöèåíòîâ ðåãðåññèè 1 2 3 4 5 Ïðîâåðêà çíà÷èìîñòè êîýèöèåíòîâ ðåãðåññèè îçíà÷àåò ïðîâåðêó ãèïîòåçû îá îòñóòñòâèè ñâÿçè ìåæäó ðåçóëüòàòèâíûì è êàæäûì èç àêòîðíûõ ïðèçíàêîâ. Òàêàÿ ãèïîòåçà îçíà÷àåò, ÷òî íåíóëåâûå çíà÷åíèÿ ðåãðåññèîííûõ êîýèöèåíòîâ îáóñëîâëåíû ëèøü ñëó÷àéíîñòÿìè âûáîðêè, à â ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè âñå êîýèöèåíòû ýòîãî óðàâíåíèÿ ðàâíû íóëþ. Äëÿ ïðîâåðêè çíà÷èìîñòè êàæäîãî êîýèöèåíòà ðåãðåññèè âû÷èñëÿåòñÿ t-ñòàòèñòèêà, êîòîðàÿ ïîêàçûâàåò, âî ñêîëüêî ðàç ýòîò êîýèöèåíò ïðåâûøàåò ñâîþ ñðåäíþþ îøèáêó â âûáîðêå. Ñîîòâåòñòâóþùàÿ âåëè÷èíà α (óðîâåíü çíà÷èìîñòè) èçìåðÿåò âåðîÿòíîñòü ñëó÷àéíîãî ïîÿâëåíèÿ â âûáîðêå çíà÷åíèé t, ðàâíûõ èëè áîëüøèõ, ÷åì äàííîå çíà÷åíèå. Åñëè âåðîÿòíîñòü p ìåíüøå âûáðàííîãî óðîâíÿ çíà÷èìîñòè, ñîîòâåòñòâóþùèé êîýèöèåíò ðåãðåññèè ÿâëÿåòñÿ ñòàòèñòè÷åñêè çíà÷èìûì. Åñëè âåðîÿòíîñòü p áîëüøå âûáðàííîãî óðîâíÿ çíà÷èìîñòè, ñîîòâåòñòâóþùèé êîýèöèåíò ðåãðåññèè ÿâëÿåòñÿ ñòàòèñòè÷åñêè íåçíà÷èìûì. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 256 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Ïðîâåðêà çíà÷èìîñòè êîýèöèåíòîâ ðåãðåññèè (ïðîäîëæåíèå) 1 2 3 ×åì áîëüøå ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå çíà÷åíèå t, òåì ìåíüøå ñîîòâåòñòâóþùàÿ âåðîÿòíîñòü p. Ïðîâåðêà çíà÷èìîñòè êîýèöèåíòîâ ðåãðåññèè âàæíà ïîòîìó, ÷òî êîýèöèåíòû ðåãðåññèè, â îòëè÷èå îò êîýèöèåíòîâ êîððåëÿöèè, íå èìåþò ìàêñèìàëüíûõ è ìèíèìàëüíûõ çíà÷åíèé è èõ âåëè÷èíû çàâèñÿò îò åäèíèö èçìåðåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðèçíàêîâ. Çíà÷èò ñàìà ïî ñåáå âåëè÷èíà êîýèöèåíòà ðåãðåññèè íèêàê íå îïðåäåëÿåò ñèëó âëèÿíèÿ àêòîðà íà ðåçóëüòàò. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 257 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Óñëîâèÿ ïðèìåíèìîñòè ðåãðåññèîííîãî àíàëèçà 1 2  ëèíåéíîé ìîäåëè âîçìóùåíèå ǫi (èëè çàâèñèìàÿ ïåðåìåííàÿ Yi ) åñòü âåëè÷èíà ñëó÷àéíàÿ, à îáúÿñíÿþùàÿ ïåðåìåííàÿ xi  âåëè÷èíà íåñëó÷àéíàÿ. Ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå âîçìóùåíèÿ ǫi ðàâíî íóëþ: [ǫi ] = 0 (èëè ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå çàâèñèìîé ïåðåìåííîé Yi ðàâíî ëèíåéíîé óíêöèè ðåãðåññèè: [Yi ] = α xi + β ). Äèñïåðñèÿ âîçìóùåíèÿ ǫi (èëè çàâèñèìîé ïåðåìåííîé Yi ) ïîñòîÿííà äëÿ ëþáîãî i: [Yi ] = σ 2 ( [Yi ] = σ 2  óñëîâèå ãîìîñêåäàñòè÷íîñòè èëè ðàâíîèçìåí÷èâîñòè âîçìóùåíèÿ/çàâèñèìîé ïåðåìåííîé). Âîçìóùåíèÿ ǫi è ǫj (èëè ïåðåìåííûå yi è yj ) íå êîððåëèðîâàíû: [ǫi ǫi ] = 0 (i 6= j ). Âîçìóùåíèå ǫi (èëè çàâèñèìàÿ ïåðåìåííàÿ yi ) åñòü íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííàÿ ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà.  ýòîì ñëó÷àå ìîäåëü Yi = α xi + b + ǫi íàçûâàåòñÿ êëàññè÷åñêîé íîðìàëüíîé ëèíåéíîé ðåãðåññèîííîé ìîäåëüþ. E E 3 4 5 D D E È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 258 / 297 7.1. åãðåññèîííûé àíàëèç. 7.1.3. Ìíîæåñòâåííàÿ ðåãðåññèÿ Äëÿ ïîëó÷åíèÿ óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè äîñòàòî÷íî óñëîâèé 14. Òðåáîâàíèå âûïîëíåíèÿ óñëîâèÿ 5 (ò.å. ðàññìîòðåíèå "íîðìàëüíîé ðåãðåññèè") íåîáõîäèìî äëÿ îöåíêè òî÷íîñòè óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè è åãî ïàðàìåòðîâ. Îöåíêîé ìîäåëè Yi = α xi +b+ǫi ïî âûáîðêå ÿâëÿåòñÿ óðàâíåíèå ðåãðåññèè y X = a x+b. Ïàðàìåòðû ýòîãî óðàâíåíèÿ a è b îïðåäåëÿþòñÿ íà îñíîâå ìåòîäà íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ. Âîçäåéñòâèå íåó÷òåííûõ ñëó÷àéíûõ àêòîðîâ è îøèáîê íàáëþäåíèé â ìîäåëè îïðåäåëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ äèñïåðñèè âîçìóùåíèé (îøèáîê) èëè îñòàòî÷íîé äèñïåðñèè. Íåñìåùåííîé îöåíêîé ýòîé äèñïåðñèè ÿâëÿåòñÿ âûáîðî÷íàÿ îñòàòî÷íàÿ äèñïåðñèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 259 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç Îïðåäåëåíèå 7.6. Êîððåëÿöèîííûì àíàëèçîì íàçûâàåòñÿ ðàçäåë ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêè, èññëåäóþùèé çàâèñèìîñòü ìåæäó ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè íà îñíîâå ðàçëè÷íûõ âûáîðî÷íûõ îöåíîê ãåíåðàëüíûõ êîýèöèåíòîâ êîððåëÿöèè. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç (ÊÀ) ÿâëÿåòñÿ óãëóáëåíèåì ÌÍÊ è ðåãðåññèîííîãî àíàëèçà.  ïîñòðîåííîì ñ ïîìîùüþ ÌÍÊ óðàâíåíèè ðåãðåññèè îòñóòñòâóåò óêàçàíèå íà ñòåïåíü âçàèìîñâÿçàííîñòè ðåçóëüòàòèâíîãî ïðèçíàêà ñ àêòîðíûìè. ÊÀ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü òåñíîòó ñâÿçè ìåæäó èññëåäóåìûìè ïðèçíàêàìè, îöåíèòü ðàçáðîñ èñõîäíûõ äàííûõ îêîëî ëèíèè ðåãðåññèè, "êà÷åñòâî" óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè, ïðàâèëüíîñòü âûáîðà òèïà óðàâíåíèÿ è äð. Îöåíêè ìåðû çàâèñèìîñòè ìåæäó ñëó÷àéíûìè âåëè÷èíàìè ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû êàê äëÿ âåðèèêàöèè óæå èçâåñòíûõ ñâÿçåé, òàê è äëÿ îáíàðóæåíèÿ åùå íåèçâåñòíûõ ñâÿçåé ìåæäó ÿâëåíèÿìè. Ïðèìåíåíèå ìåòîäîâ êîððåëÿöèîííîãî àíàëèçà â çàäà÷àõ ðåãðåññèè ïîçâîëÿåò ïðîèçâåñòè îòáîð ñðåäè àêòîðîâ è âûÿâèòü ñðåäè íèõ íàèáîëåå èíîðìàòèâíûå, îêàçûâàþùèå ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà îòêëèê. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 260 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ !!! Ïîä ÊÀ ïîíèìàåòñÿ ñîâîêóïíîñòü ìåòîäîâ, êîòîðûå ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû: 1 Ïàðàìåòðè÷åñêèå (èëè ñîáñòâåííî-êîððåëÿöèîííûå) ìåòîäû èçìåðåíèÿ òåñíîòû ñâÿçåé; îíè ïîäðàçóìåâàþò âû÷èñëåíèå ëèíåéíîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè, ìíîæåñòâåííîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè, ÷àñòíîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè, êîððåëÿöèîííîãî îòíîøåíèÿ. Ïðèìåíåíèå ýòèõ ïîêàçàòåëåé òðåáóåò ñîáëþäåíèÿ íåêîòîðûõ óñëîâèé: 1) èññëåäóåìûå ÿâëåíèÿ (ïîêàçàòåëè) äîëæíû áûòü ðàñïðåäåëåíû ïî íîðìàëüíîìó èëè áëèçêîìó ê íîðìàëüíîìó çàêîíó ðàñïðåäåëåíèÿ; 2) îòäåëüíûå íàáëþäåíèÿ äîëæíû áûòü íåçàâèñèìû. 2 Íåïàðàìåòðè÷åñêèå, ïðèìåíåíèå êîòîðûõ â èññëåäîâàíèè íå òðåáóåò ñîáëþäåíèÿ êàêèõ-ëèáî óñëîâèé. Ýòè ìåòîäû âêëþ÷àþò ðàñ÷åòû ðàçëè÷íûõ êîýèöèåíòîâ, ïîêàçûâàþùèõ òåñíîòó ñâÿçè. Èõ ïðèìåíåíèå îïðàâäûâàåòñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà îáû÷íûå êîððåëÿöèîííûå ìåòîäû èçìåíåíèÿ ñâÿçåé ÿâëÿþòñÿ íåäîñòàòî÷íûìè, íàïðèìåð, ïðè îïðåäåëåíèè ýêñïåðòíûõ îöåíîê è ò.ä. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 261 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Íåïàðàìåòðè÷åñêèå ìåòîäû îöåíêè ñâÿçè ïðîùå. Îíè òðåáóþò äëÿ ðàñ÷åòîâ íåñðàâíåííî ìåíüøå âðåìåíè, ÷åì îáû÷íûå êîððåëÿöèîííûå. Êðîìå òîãî, îíè íå òðåáóþò íèêàêèõ ïðåäïîëîæåíèé î çàêîíàõ ðàñïðåäåëåíèÿ èñõîäíûõ ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ, ò.ê. ïðè èõ èñïîëüçîâàíèè èññëåäîâàòåëü îïåðèðóåò íå ñàìèìè çíà÷åíèÿìè ïðèçíàêîâ, à èõ ÷àñòîòàìè, çíàêàìè, ðàíãàìè è ò.ä. Òåðìèí "êîððåëÿöèÿ" âïåðâûå ïðèìåíèë ðàíöóçñêèé ïàëåîíòîëîã Æ. Êþâüå, êîòîðûé âûâåë "çàêîí êîððåëÿöèè ÷àñòåé è îðãàíîâ æèâîòíûõ" (ýòîò çàêîí ïîçâîëÿåò âîññòàíàâëèâàòü ïî íàéäåííûì ÷àñòÿì òåëà îáëèê âñåãî æèâîòíîãî).  ñòàòèñòèêó óêàçàííûé òåðìèí ââåë àíãëèéñêèé áèîëîã è ñòàòèñòèê Ô. àëüòîí (íå ïðîñòî "ñâÿçü"  relation, à "êàê áû ñâÿçü"  orrelation). Îïðåäåëåíèå 7.7. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç  ýòî ïðîâåðêà ãèïîòåç î ñâÿçÿõ ìåæäó ïåðåìåííûìè ñ èñïîëüçîâàíèåì êîýèöèåíòîâ êîððåëÿöèè, äâóìåðíîé îïèñàòåëüíîé ñòàòèñòèêè, êîëè÷åñòâåííîé ìåðû âçàèìîñâÿçè (ñîâìåñòíîé èçìåí÷èâîñòè) äâóõ ïåðåìåííûõ, ò.å. ýòî ñîâîêóïíîñòü ìåòîäîâ îáíàðóæåíèÿ êîððåëÿöèîííîé çàâèñèìîñòè ìåæäó ïðèçíàêàìè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 262 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç äëÿ äâóõ Ñ çàêëþ÷àåò â ñåáå 1 2 3 ïîñòðîåíèå êîððåëÿöèîííîãî ïîëÿ è ñîñòàâëåíèå êîððåëÿöèîííîé òàáëèöû; âû÷èñëåíèå âûáîðî÷íûõ êîýèöèåíòîâ êîððåëÿöèè è êîððåëÿöèîííûõ îòíîøåíèé; ïðîâåðêó ñòàòèñòè÷åñêîé ãèïîòåçû çíà÷èìîñòè ñâÿçè. Îñíîâíîå íàçíà÷åíèå êîððåëÿöèîííîãî àíàëèçà  âûÿâëåíèå ñâÿçè ìåæäó äâóìÿ èëè áîëåå èçó÷àåìûìè ïåðåìåííûìè, êîòîðàÿ ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ñîâìåñòíîå ñîãëàñîâàííîå èçìåíåíèå äâóõ èññëåäóåìûõ õàðàêòåðèñòèê. Äàííàÿ èçìåí÷èâîñòü îáëàäàåò òðåìÿ îñíîâíûìè õàðàêòåðè òèêàìè: îðìîé, íàïðàâëåíèåì è ñèëîé. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 263 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïî îðìå êîððåëÿöèîííàÿ ñâÿçü ìîæåò áûòü ëèíåéíîé èëè íåëèíåéíîé. Áîëåå óäîáíîé äëÿ âûÿâëåíèÿ è èíòåðïðåòàöèè êîððåëÿöèîííîé ñâÿçè ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíàÿ îðìà. Äëÿ ëèíåéíîé êîððåëÿöèîííîé ñâÿçè ìîæíî âûäåëèòü äâà îñíîâíûõ íàïðàâëåíèÿ: ïîëîæèòåëüíîå ("ïðÿìàÿ ñâÿçü") è îòðèöàòåëüíîå ("îáðàòíàÿ ñâÿçü"). Ñèëà ñâÿçè íàïðÿìóþ óêàçûâàåò, íàñêîëüêî ÿðêî ïðîÿâëÿåòñÿ ñîâìåñòíàÿ èçìåí÷èâîñòü èçó÷àåìûõ ïåðåìåííûõ.  ïñèõîëîãèè óíêöèîíàëüíàÿ âçàèìîñâÿçü ÿâëåíèé ýìïèðè÷åñêè ìîæåò áûòü âûÿâëåíà òîëüêî êàê âåðîÿòíîñòíàÿ ñâÿçü ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðèçíàêîâ. Íàãëÿäíîå ïðåäñòàâëåíèå î õàðàêòåðå âåðîÿòíîñòíîé ñâÿçè äàåò äèàãðàììà ðàññåèâàíèÿ  ãðàèê, îñè êîòîðîãî ñîîòâåòñòâóþò çíà÷åíèÿì äâóõ ïåðåìåííûõ, à êàæäûé îáúåêò ïðåäñòàâëÿåòñÿ òî÷êîé. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 264 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ  êà÷åñòâå ÷èñëîâîé õàðàêòåðèñòèêè âåðîÿòíîñòíîé ñâÿçè èñïîëüçóþò êîýèöèåíòû êîððåëÿöèè (ÊÊ), çíà÷åíèÿ êîòîðûõ èçìåíÿþòñÿ â äèàïàçîíå îò −1 äî +1. Ïîñëå ïðîâåäåíèÿ ðàñ÷åòîâ èññëåäîâàòåëü, êàê ïðàâèëî, îòáèðàåò òîëüêî íàèáîëåå ñèëüíûå êîððåëÿöèè, êîòîðûå â äàëüíåéøåì èíòåðïðåòèðóþòñÿ (ñì. òàáë.). Çíà÷åíèå îò 0 äî 0,3 îò 0,3 äî 0,5 îò 0,5 äî 0,7 Èíòåðïðåòàöèÿ Çíà÷åíèå Èíòåðïðåòàöèÿ î÷åíü ñëàáàÿ îò 0,7 äî 0,9 âûñîêàÿ ñëàáàÿ îò 0,9 äî 1 î÷åíü âûñîêàÿ ñðåäíÿÿ Êðèòåðèåì äëÿ îòáîðà "äîñòàòî÷íî ñèëüíûõ" êîððåëÿöèé ìîæåò áûòü êàê àáñîëþòíîå çíà÷åíèå ñàìîãî ÊÊ (îò 0,7 äî 1), òàê è îòíîñèòåëüíàÿ âåëè÷èíà ýòîãî êîýèöèåíòà, îïðåäåëÿåìàÿ ïî óðîâíþ ñòàòèñòè÷åñêîé çíà÷èìîñòè (îò 0,01 äî 0,1), çàâèñÿùåìó îò ðàçìåðà âûáîðêè.  ìàëûõ âûáîðêàõ äëÿ äàëüíåéøåé èíòåðïðåòàöèè êîððåêòíåå îòáèðàòü ñèëüíûå êîððåëÿöèè íà îñíîâàíèè óðîâíÿ ñòàòèñòè÷åñêîé çíà÷èìîñòè. Äëÿ èññëåäîâàíèé, êîòîðûå ïðîâåäåíû íà áîëüøèõ âûáîðêàõ, ëó÷øå èñïîëüçîâàòü àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ ÊÊ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 265 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Èòàê, çàäà÷à êîððåëÿöèîííîãî àíàëèçà ñâîäèòñÿ ê óñòàíîâëåíèþ íàïðàâëåíèÿ (ïîëîæèòåëüíîå èëè îòðèöàòåëüíîå) è îðìû (ëèíåéíàÿ, íåëèíåéíàÿ) ñâÿçè ìåæäó âàðüèðóþùèìè ïðèçíàêàìè, èçìåðåíèþ åå òåñíîòû, è, íàêîíåö, ê ïðîâåðêå óðîâíÿ çíà÷èìîñòè ïîëó÷åííûõ êîýèöèåíòîâ êîððåëÿöèè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáîòàíî ìíîæåñòâî ðàçëè÷íûõ ÊÊ. Íàèáîëåå ïðèìåíÿåìûìè ÿâëÿþòñÿ Ïèðñîíà, Ñïèðìåíà è Êåíäàëëà. Âûáîð ìåòîäà âû÷èñëåíèÿ ÊÊ çàâèñèò îò òèïà øêàëû, ê êîòîðîé îòíîñÿòñÿ ïåðåìåííûå. Îñíîâíàÿ ñòàòèñòè÷åñêàÿ ãèïîòåçà, êîòîðàÿ ïðîâåðÿåòñÿ êîððåëÿöèîííûì àíàëèçîì, ÿâëÿåòñÿ íåíàïðàâëåííîé è ñîäåðæèò óòâåðæäåíèå î ðàâåíñòâå êîððåëÿöèè íóëþ â ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè H0 : ρXY = 0. Ïðè åå îòêëîíåíèè ïðèíèìàåòñÿ àëüòåðíàòèâíàÿ ãèïîòåçà H1 : ρXY 6= 0 î íàëè÷èè ïîëîæèòåëüíîé èëè îòðèöàòåëüíîé êîððåëÿöèè  â çàâèñèìîñòè îò çíàêà âû÷èñëåííîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 266 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Äëÿ èçó÷åíèÿ âçàèìîñâÿçè äâóõ ÷èñëîâûõ ïåðåìåííûõ ïðèìåíÿåòñÿ êîýèöèåíò êîððåëÿöèè Ïèðñîíà. Ñàì êîýèöèåíò õàðàêòåðèçóåò íàëè÷èå òîëüêî ëèíåéíîé ñâÿçè ìåæäó ïðèçíàêàìè, îáîçíà÷àåìûìè, êàê ïðàâèëî, ñèìâîëàìè X è Y . Êîýèöèåíò êîððåëÿöèè Ïèðñîíà ÿâëÿåòñÿ ïàðàìåòðè÷åñêèì ìåòîäîì è åãî êîððåêòíîå ïðèìåíåíèå âîçìîæíî òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåäñòàâëåíû â øêàëå èíòåðâàëîâ, à ñàìî ðàñïðåäåëåíèå çíà÷åíèé â àíàëèçèðóåìûõ ïåðåìåííûõ îòëè÷àåòñÿ îò íîðìàëüíîãî â íåçíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè. Ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî ñèòóàöèé, â êîòîðûõ åãî ïðèìåíåíèå öåëåñîîáðàçíî. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 267 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.2. Êîðð. ìåòîäû èçìåðåíèÿ Êàê èçâåñòíî, ïðè íàëè÷èè ñâÿçè ìåæäó äâóìÿ ïðèçíàêàìè ñïðàâåäëèâî ñëåäóþùåå íåðàâåíñòâî: D[X + Y ] 6= D[X] + D[Y ] , ò.å. äèñïåðñèÿ ñóììû ïðèçíàêîâ îòëè÷àåòñÿ îò ñóììû äèñïåðñèé ýòèõ ïðèçíàêîâ íà âåëè÷èíó, õàðàêòåðèçóþùóþ êîððåëÿöèîííóþ ñâÿçü ìåæäó ïðèçíàêàìè X, Y . Íåîáõîäèìûì è äîñòàòî÷íûì óñëîâèåì íàëè÷èÿ êîððåëÿöèîííîé ñâÿçè ÿâëÿåòñÿ íåðàâåíñòâî:    X − mX Y − mY 6= 0. E Êàê èçâåñòíî èç ÒÂ, âåëè÷èíà â ëåâîé ÷àñòè íåðàâåíñòâà íîñèò íàçâàíèå êîâàðèàöèîííîãî ìîìåíòà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 268 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.2. Êîðð. ìåòîäû èçìåðåíèÿ Îïðåäåëåíèå 7.8. Êîâàðèàöèîííûé ìîìåíò èìååò òó æå ðàçìåðíîñòü, ÷òî è Ñ X , Y . Íà ïðàêòèêå îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ áåçðàçìåðíàÿ âåëè÷èíà    X − mX Y − mY , ρXY = σX σY E êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ëèíåéíûì êîýèöèåíòîì êîððåëÿöèè (ËÊÊ). ËÊÊ èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò −1 äî 1. ËÊÊ èìååò î÷åíü áîëüøîå çíà÷åíèå, êîãäà ðå÷ü èäåò î íîðìàëüíîì ðàñïðåäåëåíèè. Äëÿ ýòîãî çàêîíà óñëîâèå ρXY = 0 ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì è äîñòàòî÷íûì äëÿ òîãî, ÷òîáû Ñ X è Y áûëè íåçàâèñèìû. Ïðè ýòîì óñëîâèè è êîýèöèåíòû kY X , kXY òàêæå îáðàùàþòñÿ â íóëü, à ïðÿìûå ðåãðåññèè Y íà X è X íà Y îêàçûâàþòñÿ âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûìè (ïàðàëëåëüíûìè îäíà îñè àáñöèññ, à âòîðàÿ îñè îðäèíàò). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 269 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.2. Êîðð. ìåòîäû èçìåðåíèÿ Åñëè æå ρXY = 1, òî ýòî îçíà÷àåò, ÷òî âñå òî÷êè (x, y) íàõîäÿòñÿ íà ïðÿìîé è çàâèñèìîñòü ìåæäó X è Y ÿâëÿåòñÿ óíêöèîíàëüíîé. Ïðÿìûå ðåãðåññèè Y íà X è X íà Y â ýòîì ñëó÷àå ñîâïàäàþò. Ýòî ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ òàêæå íà ñëó÷àé íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ òðåõ è áîëåå ïðèçíàêîâ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 270 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.3. Âûáîðî÷íûé ËÊÊ Ïóñòü ïî âûáîðêå çíà÷åíèé {(xi , yi ), i = 1, n } äâóìåðíîé Ñ (X, Y ) òðåáóåòñÿ îöåíèòü êîýèöèåíò êîððåëÿöèè ρXY . Åñòåñòâåííîé îöåíêîé äëÿ ρXY ñëóæèò åãî ñòàòèñòè÷åñêèé àíàëîã â âèäå âûáîðî÷íîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè (âûáîðî÷íîãî ËÊÊ), ïðåäëîæåííîãî Ê. Ïèðñîíîì,  rXY = kXY , sXn sY n n s2Xn = kXY = 2 1X xi − x , n i=1 n   1X xi − x yi − y , n i=1 n s2Y n = 2 1X yi − y , n i=1 ãäå n  îáúåì âûáîðêè. Çàìåòèì, ÷òî ïðè ïðÿìîì âû÷èñëåíèè rXY äåëåíèå íà n ÿâëÿåòñÿ ëèøíåé îïåðàöèåé. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 271 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.3. Âûáîðî÷íûé ËÊÊ Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ n (n < 15) ëó÷øåé îöåíêîé ËÊÊ ÿâëÿåòñÿ h i 2 1 − rXY ∗ rXY = rXY 1 + . 2 (n − 2) Ïðè n > 200 ðàñïðåäåëåíèå ñëó÷àéíîãî âûáîðî÷íîãî ËÊÊ óäîâëåòâîðèòåëüíî àïïðîêñèìèðóåòñÿ íîðìàëüíûì çàêîíîì ñî ñðåäíèì mR è äèñïåðñèåé DR : mR = ρXY , È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) DR = 1 − ρ2XY . n−1 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 272 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.3. Âûáîðî÷íûé ËÊÊ Â ñëó÷àå äâóìåðíîãî íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ Ñ (X, Y ) îöåíêàìè ÌÏ 2 ìàòåìàòè÷åñêèõ îæèäàíèé mX , mY , äèñïåðñèé σX , σY2 è êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè ρXY ÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå âûáîðî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè: x, y , s2Xn , s2Y n è kXY . Ñëåäîâàòåëüíî, âûáîðî÷íûé ËÊÊ  àñèìïòîòè÷åñêè ýåêòèâíàÿ îöåíêà êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè äâóìåðíîãî íîðìàëüíîãî çàêîíà. Èç Ò èçâåñòíî, ÷òî êîýèöèåíò êîððåëÿöèè ÿâëÿåòñÿ ìåðîé ëèíåéíîé ñòîõàñòè÷åñêîé çàâèñèìîñòè ìåæäó ÑÂ. Ñîîòâåòñòâåííî, âûáîðî÷íûé ËÊÊ êàê åãî ñòàòèñòè÷åñêèé àíàëîã íàñëåäóåò ýòî è äðóãèå ñâîéñòâà ãåíåðàëüíîãî ËÊÊ: 1) −1 6 rXY 6 1; 2) åñëè yi = a xi + b, i = 1, n, a 6= 0, òî ( +1, åñëè a > 0, rXY = −1, åñëè a < 0. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 273 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.3. Âûáîðî÷íûé ËÊÊ y aL y r XY >0 bL r XY < 0 x y cL x y r XY ~0 dL r XY ~0 x È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà x 274 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.3. Âûáîðî÷íûé ËÊÊ ×åì ñèëüíåå ëèíåéíàÿ ñâÿçü ìåæäó ïåðåìåííûìè X è Y , òåì áëèæå rXY ê 1; ÷åì áëèæå rXY ê íóëþ, òåì ñëàáåå èññëåäóåìàÿ ñâÿçü (ñì. ðèñ., a, b, ). Îòìåòèì, ÷òî áëèçîñòü ê íóëþ âûáîðî÷íîãî êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè óêàçûâàåòñÿ òîëüêî íà îòñóòñòâèå ëèíåéíîé ñâÿçè ìåæäó ïåðåìåííûìè; âïîëíå âîçìîæíî, ÷òî ïðè ýòîì ìåæäó íèìè èìååòñÿ íåëèíåéíàÿ ñâÿçü (ñì. ðèñ., d). Êàê âèäíî èç îðìóëû, âûáîðî÷íûé ËÊÊ ÿâëÿåòñÿ ñèììåòðè÷íîé óíêöèåé çíà÷åíèé ïðèçíàêîâ X è Y è òîëüêî êîëè÷åñòâåííî âûðàæàåò âçàèìîçàâèñèìîñòü ìåæäó ýòèìè ïåðåìåííûìè. Ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ âûáîðî÷íîãî ËÊÊ, âû÷èñëÿåìîãî ïî ðåçóëüòàòàì âûáîðêè îáúåìà n èç äâóìåðíîé íîðìàëüíîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ñ ËÊÊ ρXY (ïàðàìåòðîì), â îáùåì ñëó÷àå èìååò äîâîëüíî ñëîæíûé âèä (îñîáåííî äëÿ ρXY 6= 0). àñïðåäåëåíèå âûáîðî÷íîãî ËÊÊ ìîæåò áûòü ïðèáëèæåííî ïðèâåäåíî ê íîðìàëüíîìó ñ ïîìîùüþ ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôèøåðà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 275 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.3. Âûáîðî÷íûé ËÊÊ Ïîñòðîèì äâóñòîðîííèé äîâåðèòåëüíûé èíòåðâàë äëÿ ÊÊ ρXY äâóìåðíîé íîðìàëüíîé ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ñ äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòüþ γ ïî ðåçóëüòàòàì âûáîðêè {(xi , yi )}, i = 1, 2, ..., n. ðàíèöû èíòåðâàëà J = (r1 , r2 ) îïðåäåëÿþò ïðèáëèæåííî ñ ïîìîùüþ ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôèøåðà: r1 = r0 − ∆, r2 = r0 + ∆, zq ∆= √ , n−3 ãäå zq  q -êâàíòèëü ñòàíäàðòíîãî íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ N (0, 1), q= 1+γ , 2 r0 = 1 1 + rXY rXY ln + . 2 1 − rXY 2(n − 1) Çàìåòèì, ÷òî ïîñëåäíèìè ñîîòíîøåíèÿìè ìîæíî ïîëüçîâàòüñÿ è â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè îòëè÷åí îò íîðìàëüíîãî. Íî â ýòèõ ñëó÷àÿõ óõóäøàåòñÿ òî÷íîñòü îöåíèâàíèÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 276 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.4. Çíà÷èìîñòü ËÊÊ Âàæíåéøåé çàäà÷åé, âîçíèêàþùåé â ïðàêòèêå ðàáîòû ñ êîýèöèåíòîì êîððåëÿöèè, ÿâëÿåòñÿ çàäà÷à èññëåäîâàíèÿ íàëè÷èÿ èëè îòñóòñòâèÿ çàâèñèìîñòè ìåæäó êîìïîíåíòàìè äâóìåðíîé íîðìàëüíîé Ñ (X, Y ). Ïóñòü îïÿòü äâóìåðíàÿ ãåíåðàëüíàÿ ñîâîêóïíîñòü (X, Y ) ðàñïðåäåëåíà íîðìàëüíî. Èç ýòîé ñîâîêóïíîñòè èçâëå÷åíà âûáîðêà îáúåìà n è ïî íåé íàéäåí âûáîðî÷íûé ÊÊ rXY , êîòîðûé îêàçàëñÿ îòëè÷íûì îò íóëÿ. Òàê êàê âûáîðêà îòîáðàíà ñëó÷àéíî, òî åùå íåëüçÿ çàêëþ÷èòü, ÷òî ÊÊ ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè ρXY òàêæå îòëè÷åí îò íóëÿ. Âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî íàñ èíòåðåñóåò èìåííî ýòîò êîýèöèåíò, òî âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ïðè çàäàííîì óðîâíå çíà÷èìîñòè α ïðîâåðèòü íóëåâóþ ãèïîòåçó H0 : ρXY = 0 î ðàâåíñòâå íóëþ ãåíåðàëüíîãî ÊÊ ïðè àëüòåðíàòèâíîé ãèïîòåçå H1 : ρXY 6= 0. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 277 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.4. Çíà÷èìîñòü ËÊÊ !!! Åñëè íóëåâàÿ ãèïîòåçà îòâåðãàåòñÿ, òî ýòî îçíà÷àåò, ÷òî âûáîðî÷íûé ÊÊ çíà÷èìî îòëè÷àåòñÿ îò íóëÿ (èëè çíà÷èì), à X è Y êîððåëèðîâàíû, ò.å. ñâÿçàíû ëèíåéíîé çàâèñèìîñòüþ. Åñëè íóëåâàÿ ãèïîòåçà áóäåò ïðèíÿòà, òî âûáîðî÷íûé ÊÊ íåçíà÷èì, à X è Y íåêîððåëèðîâàíû, ò.å. íå ñâÿçàíû ëèíåéíîé çàâèñèìîñòüþ. !!!  êà÷åñòâå êðèòåðèÿ ïðîâåðêè íóëåâîé ãèïîòåçû ïðèìåíÿåòñÿ ñòàòèñòèêà √ n−2 T (X) = RXY p . 2 1 − RXY Âåëè÷èíà T ïðè ñïðàâåäëèâîñòè íóëåâîé ãèïîòåçû èìååò ðàñïðåäåëåíèå Ñòüþäåíòà ñ ν = n − 2 ñòåïåíÿìè ñâîáîäû. Ïîñêîëüêó àëüòåðíàòèâíàÿ ãèïîòåçà èìååò âèä ρXY 6= 0, òî êðèòè÷åñêàÿ îáëàñòü äâóñòîðîííÿÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 278 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.4. Çíà÷èìîñòü ËÊÊ Ïóñòü týêñï  çíà÷åíèå ñòàòèñòèêè, âû÷èñëåííîå ïî äàííûì íàáëþäåíèé. Òîãäà íà óðîâíå çíà÷èìîñòè α:  åñëè |týêñï | < tν;1−α/2 , òî íåò îñíîâàíèé îòâåðãíóòü íóëåâóþ ãèïîòåçó;  åñëè |týêñï | > tν;1−α/2 , òî íóëåâàÿ ãèïîòåçà îòâåðãàåòñÿ. Çäåñü t1−α/2;ν  êðèòè÷åñêàÿ òî÷êà ðàñïðåäåëåíèÿ Ñòüþäåíòà.  òåðìèíàõ ÊÊ êðèòè÷åñêàÿ îáëàñòè ìîæåò áûòü îïèñàíà ñëåäóþùèì íåðàâåíñòâîì: Ïðèìåð 7.2. tν;1−α/2 . |rXY | > q ν + t2ν;1−α/2 Ïóñòü n = 42, α = 0,05. Ïî òàáëèöå íàõîäèì êâàíòèëü tν;1−α/2 = t40;0,975 = 2,021 ðàñïðåäåëåíèÿ Ñòüþäåíòà ïîðÿäêà 0,975 q è ñ 40 ñòåïåíÿìè ñâîáîäû. Âû÷èñëèì ïðàâóþ ÷àñòü íåðàâåíñòâà: t40;0,975 / 40 + t240;0,975 = 0,304 ≈ 0,3. Ïðè âûïîëíåíèè íåðàâåíñòâà |rXY | > 0,3 ñâÿçü ìåæäó X è Y èêñèðóåòñÿ ïà óðîâíå çíà÷èìîñòè α = 0,05.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå îíà îòâåðãàåòñÿ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 279 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.4. Çíà÷èìîñòü ËÊÊ Åñëè íåîáõîäèìî ïðîâåðèòü íóëåâóþ ãèïîòåçó H0 : ρXY = ρ0 ïðè àëüòåðíàòèâíîé H1 : ρXY 6= ρ0 , òî èñïîëüçóåòñÿ ñòàòèñòèêà ãäå Z − m0 , T (X) = √ n−3 m0 = Z= 1 1 + RXY ln , 2 1 − RXY 1 1 + ρ0 ρ0 ln + . 2 1 − ρ0 2(n − 1) Åñëè ãèïîòåçà H0 âåðíà, òî ñòàòèñòèêà T ðàñïðåäåëåíà àñèìïòîòè÷åñêè íîðìàëüíî ñ ïàðàìåòðàìè (0, 1). Ïðè ïðèìåíåíèè äâóñòîðîííåãî êðèòåðèÿ íà óðîâíå çíà÷èìîñòè α ãèïîòåçà H0 îòâåðãàåòñÿ, åñëè |týêñï | > zq , È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) q= 1+γ . 2 Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 280 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Äî ñèõ ïîð àíàëèçèðîâàëèñü çàâèñèìîñòè ìåæäó êîëè÷åñòâåííûìè ïåðåìåííûìè, èçìåðåííûìè â òàê íàçûâàåìûõ êîëè÷åñòâåííûõ øêàëàõ, ò.å. â øêàëàõ ñ íåïðåðûâíûì ìíîæåñòâîì çíà÷åíèé, ïîçâîëÿþùèõ âûÿâèòü, íà ñêîëüêî (èëè âî ñêîëüêî ðàç) ïðîÿâëåíèå ïðèçíàêà ó îäíîãî îáúåêòà áîëüøå (ìåíüøå), ÷åì ó äðóãîãî (íàïðèìåð, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òðóäà, ñåáåñòîèìîñòü ïðîäóêöèè è ò.ï.). Íî íå âñåãäà, êîãäà íàñ èíòåðåñóåò èçìåíåíèå âçàèìîñâÿçè ìåæäó äâóìÿ ïðèçíàêàìè, ýòè ïðèçíàêè ìîãóò áûòü îöåíåíû êîëè÷åñòâåííî. Äîñòàòî÷íî ÷àñòî òàêóþ îöåíêó ïîëó÷àþò êà÷åñòâåííî. À ïîýòîìó íà ïðàêòèêå ÷àñòî âñòðå÷àþòñÿ ñ íåîáõîäèìîñòüþ èçó÷åíèÿ ñâÿçè ìåæäó îðäèíàëüíûìè (ïîðÿäêîâûìè) ïåðåìåííûìè, èçìåðåííûìè â òàê íàçûâàåìîé ïîðÿäêîâîé øêàëå.  ýòîé øêàëå ìîæíî óñòàíîâèòü ëèøü ïîðÿäîê, â êîòîðîì îáúåêòû âûñòðàèâàþòñÿ ïî ñòåïåíè ïðîÿâëåíèÿ ïðèçíàêà (íàïðèìåð, êà÷åñòâî æèëèùíûõ óñëîâèé, òåñòîâûå áàëëû, ýêçàìåíàöèîííûå îöåíêè è ò.ï.). Åñëè, ñêàæåì, ïî íåêîòîðîé äèñöèïëèíå äâà ñòóäåíòà èìåþò îöåíêè "îòëè÷íî" è "óäîâëåòâîðèòåëüíî", òî ìîæíî ëèøü óòâåðæäàòü, ÷òî óðîâåíü ïîäãîòîâêè ïî ýòîé äèñöèïëèíå ïåðâîãî ñòóäåíòà âûøå (áîëüøå), ÷åì âòîðîãî, íî íåëüçÿ ñêàçàòü, íà ñêîëüêî èëè âî ñêîëüêî ðàç áîëüøå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 281 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïðèìåð 7.3. Íàïðèìåð, íåñêîëüêî ãîðîäîâ ñ ðàçíîé ñòåïåíüþ óðáàíèçàöèè îöåíèâàþòñÿ ïî óðîâíþ çàãðÿçíåííîñòè îêðóæàþùåé ñðåäû. ðóïïà ýêñïåðòîâ óïîðÿäî÷èâàåò âñå ãîðîäà ïî îáîèì ïîêàçàòåëÿì, à çàòåì èíòåðåñ ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü âîïðîñ î ñîãëàñîâàííîñòè óðîâíÿ óðáàíèçàöèè è ñòåïåíè çàãðÿçíåííîñòè îêðóæàþùåé ñðåäû. Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî â òàêèõ ñëó÷àÿõ ïðîáëåìà îöåíêè òåñíîòû ñâÿçè ðàçðåøèìà, åñëè óïîðÿäî÷èòü, èëè ðàíæèðîâàòü, îáúåêòû àíàëèçà ïî ñòåïåíè âûðàæåííîñòè èçìåðÿåìûõ ïðèçíàêîâ. Ïðè ýòîì êàæäîìó îáúåêòó ïðèñâàèâàåòñÿ îïðåäåëåííûé íîìåð, íàçûâàåìûé ðàíãîì. Íàïðèìåð, îáúåêòó ñ íàèìåíüøèì ïðîÿâëåíèåì (çíà÷åíèåì) ïðèçíàêà ïðèñâàèâàåòñÿ ðàíã 1, ñëåäóþùåìó çà íèì  ðàíã 2 è ò.ä. Îáúåêòû ìîæíî ðàñïîëàãàòü è â ïîðÿäêå óáûâàíèÿ ïðîÿâëåíèÿ (çíà÷åíèé) ïðèçíàêà. Åñëè îáúåêòû ðàíæèðîâàíû ïî äâóì ïðèçíàêàì, òî èìååòñÿ âîçìîæíîñòü îöåíèòü òåñíîòó ñâÿçè ìåæäó ïðèçíàêàìè, îñíîâûâàÿñü íà ðàíãàõ, ò.å. ïîëó÷èòü ðàíãîâóþ êîððåëÿöèþ. Íàïðèìåð, êàæäîìó ãîðîäó ìîæíî ïðèïèñàòü ðàíã â îáùåé èåðàðõèè (âîñõîäÿùåé èëè íèñõîäÿùåé). Óðîâíè âçàèìîñâÿçåé â ýòîé è ïîäîáíûõ çàäà÷àõ îöåíèâàþòñÿ êîýèöèåíòàìè ðàíãîâîé êîððåëÿöèè (ÊÊ Ñïèðìåíà RS , Êåíäàëëà RK è äð.). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 282 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Â òàêîì ñëó÷àå îáû÷íûé êîýèöèåíò ëèíåéíîé êîððåëÿöèè (ÊËÊ Ïèðñîíà RP ) íå âû÷èñëÿåòñÿ. Ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå êëàññèèêàöèè êîððåëÿöèîííûõ ñâÿçåé ïî èõ ñèëå, îäíà èç êîòîðûõ ïðèâåäåíà ðàíåå. Íî ÷åì áîëüøå îáúåì âûáîðêè, òåì ìåíüøåé âåëè÷èíû êîýèöèåíòà è ëèíåéíîé, è ðàíãîâîé êîððåëÿöèè îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî, ÷òîáû êîððåëÿöèÿ áûëà ïðèçíàíà äîñòîâåðíîé (çíà÷èìîé). àíãîâûå êîððåëÿöèè äîñòèãàþò ñâîåãî ìàêñèìàëüíîãî ïî ìîäóëþ çíà÷åíèÿ, åñëè áîëüøåìó çíà÷åíèþ îäíîé ïåðåìåííîé âñåãäà ñîîòâåòñòâóåò á îëüøåå îëüøåìó çíà÷åíèþ îäíîé ïåðåìåííîé çíà÷åíèå äðóãîé ïåðåìåííîé (+1), èëè á âñåãäà ñîîòâåòñòâóåò ìåíüøåå çíà÷åíèå äðóãîé ïåðåìåííîé è íàîáîðîò (−1). È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 283 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Îñîáåííîñòüþ ðàíãîâûõ êîýèöèåíòîâ êîððåëÿöèè ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ìàêñèìàëüíûì ïî ìîäóëþ ðàíãîâûì êîððåëÿöèÿì (±1) íå îáÿçàòåëüíî ñîîòâåòñòâóþò ñòðîãèå ïðÿìî èëè îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíûå ñâÿçè ìåæäó èñõîäíûìè ïåðåìåííûìè X è Y : äîñòàòî÷íà ëèøü ìîíîòîííàÿ óíêöèîíàëüíàÿ ñâÿçü ìåæäó íèìè. Ïðîâåðÿåìàÿ ñòàòèñòè÷åñêàÿ ãèïîòåçà, ïîðÿäîê ïðèíÿòèÿ ñòàòèñòè÷åñêîãî ðåøåíèÿ è îðìóëèðîâêà ñîäåðæàòåëüíîãî âûâîäà ñõîäíû ñ ñ ïðîöåäóðîé äëÿ êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè Ïèðñîíà. ÊÊ Ñïèðìåíà ÿâëÿåòñÿ íåïàðàìåòðè÷åñêèì àíàëîãîì êëàññè÷åñêîãî ÊËÊ Ïèðñîíà, íî ïðè åãî ðàñ÷åòå ó÷èòûâàþòñÿ íå ñâÿçàííûå ñ ðàñïðåäåëåíèåì ïîêàçàòåëè ñðàâíèâàåìûõ ïåðåìåííûõ (ñðåäíåå àðèìåòè÷åñêîå è äèñïåðñèÿ), à ðàíãè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 284 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ ÊÊ Ñïèðìåíà Ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü òåñíîòó (ñèëó) è íàïðàâëåíèå (ïîëîæèòåëüíàÿ èëè îòðèöàòåëüíàÿ) êîððåëÿöèîííîé ñâÿçè ìåæäó äâóìÿ ïðîèëÿìè (èåðàðõèÿìè) ïðèçíàêîâ. Ñðàâíèâàåìûìè ðÿäàìè çíà÷åíèé ìîãóò áûòü: 1 äâà ïðèçíàêà, èçìåðåííûå â îäíîé è òîé æå ãðóïïå èñïûòóåìûõ; 2 äâå èíäèâèäóàëüíûå èåðàðõèè ïðèçíàêîâ, âûÿâëåííûå ó äâóõ èñïûòóåìûõ ïî îäíîìó è òîìó æå íàáîðó ïðèçíàêîâ (íàïðèìåð, èåðàðõèè öåííîñòåé èëè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðåäïî÷òåíèé â âûáîðå íåñêîëüêèõ àëüòåðíàòèâ); 3 äâå ãðóïïîâûå èåðàðõèè ïðèçíàêîâ; 4 èíäèâèäóàëüíàÿ è ãðóïïîâàÿ èåðàðõèÿ ïðèçíàêîâ. Ïðåèìóùåñòâî êîýèöèåíòà Ñïèðìåíà ïî ñðàâíåíèþ ñ êîýèöèåíòîì Ïèðñîíà  â áîëüøåé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ê ñâÿçè. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 285 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ ÊÊÊ Ñïèðìåíà èñïîëüçóåòñÿ â ñëåäóþùèõ ñëó÷àÿõ 1 2 íàëè÷èå ñóùåñòâåííîãî îòêëîíåíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ õîòÿ áû îäíîé ïåðåìåííîé îò íîðìàëüíîãî âèäà (àñèììåòðèÿ, âûáðîñû); ïîÿâëåíèå êðèâîëèíåéíîé (ìîíîòîííîé) ñâÿçè. Îãðàíè÷åíèÿ äëÿ ïðèìåíåíèÿ ÊÊÊ Ñïèðìåíà 1 2 ïî êàæäîé ïåðåìåííîé íå ìåíåå 5 íàáëþäåíèé; êîýèöèåíò ïðè áîëüøîì êîëè÷åñòâå îäèíàêîâûõ ðàíãîâ ïî îäíîé èëè îáåèì ïåðåìåííûì äàåò îãðóáëåííîå çíà÷åíèå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 286 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Âûáîðî÷íûé ÊÊ Ñïèðìåíà àññ÷èòûâàåòñÿ ïî îðìóëå: rS = 1 − 6 n (n2 − 1) n X d2ℓ , ℓ=1 ãäå n  îáúåì âûáîðêè, dℓ  ðàçíîñòü ðàíãîâ. Ïðè íàëè÷èè îäèíàêîâûõ ðàíãîâ íåîáõîäèìî â îðìóëó ðàñ÷åòà êîýèöèåíòà Ñïèðìåíà âíåñòè ïîïðàâêè: rS = 1 − Ta = 1 12 n X i=1 6 n (n2 − 1) (a3i − ai ), n X ℓ=1  d2ℓ + Ta + Tb , Ta = n 1 X 3 (b − bi ), 12 i=1 i ãäå ai , bi  îáúåìû ãðóïï îäèíàêîâûõ ðàíãîâ â ñðàâíèâàåìûõ ðÿäàõ. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 287 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ èïîòåçà î çíà÷èìîñòè ÊÊ Ñïèðìåíà èïîòåçû: H0 = {êîððåëÿöèÿ ìåæäó ïåðåìåííûìè (èëè èåðàðõèÿìè) A è B íå îòëè÷àåòñÿ îò íóëÿ}; H1 = {êîððåëÿöèÿ ìåæäó ïåðåìåííûìè (èëè èåðàðõèÿìè) A è B çíà÷èìî îòëè÷àåòñÿ îò íóëÿ}. Àíàëèç: åñëè âûáîðî÷íîå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ s n−2 Kýêñï = |rS | (n > 10) 1 − rS2 äîñòèãàåò êðèòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ Kêðèò = tn−2;1−α/2 èëè ïðåâûøàåò åãî, êîððåëÿöèÿ çíà÷èìà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 288 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïðèìåð 7.4. Âû÷èñëèòü êîýèöèåíò ðàíãîâîé êîððåëÿöèè â çàäà÷å îá îáñëåäîâàíèè ãîðîäîâ è ïðîâåðèòü åãî çíà÷èìîñòü íà óðîâíå α = 0,05. ðóïïà ãîðîäîâ ðàíæèðîâàíà ïî âîñõîäÿùåé ñõåìå ïî ñòåïåíè óðáàíèçàöèè è çàãðÿçíåííîñòè. Ìåíüøåìó çíà÷åíèþ ïðèçíàêà, êàê ïðàâèëî, ïðèñâàèâàåòñÿ ìåíüøèé ðàíã. Äàííûå ñâåäåíû â òàáëèöó (ñì. íèæå), â êîòîðîé ñòðîêà A  óðîâåíü óðáàíèçàöèè, ñòðîêà B  óðîâåíü çàãðÿçíåííîñòè îêðóæàþùåé ñðåäû. îðîäà 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A (xi ) 3 7 5 9 1 8 6 10 4 2 B (yi ) 2 4 3 5 1 9 8 10 7 6 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 289 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïðèìåð 7.4.(ïðîäîëæåíèå) ◭ ðóïïà ãîðîäîâ ðàíæèðîâàíà ïî âîñõîäÿùåé ñõåìå ïî ñòåïåíè óðáàíèçàöèè è çàãðÿçíåííîñòè. Ìåíüøåìó çíà÷åíèþ ïðèçíàêà ïðèñâîåí ìåíüøèé ðàíã. Äàííûå ñâåäåíû â òàáëèöó (ñì. íèæå), â êîòîðîé ñòðîêà A  óðîâåíü óðáàíèçàöèè, ñòðîêà B  óðîâåíü çàãðÿçíåííîñòè îêðóæàþùåé ñðåäû. îðîäà A (xi ) B (yi ) di d2i 1 3 2 1 1 2 7 4 3 9 3 5 3 2 4 4 9 5 4 16 5 1 1 0 0 6 8 9 -1 1 7 6 8 -2 4 8 10 10 0 0 9 4 7 -3 9 10 2 6 -4 16 Ñóììà 60 È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 290 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïðèìåð 7.4.(ïðîäîëæåíèå) Êîýèöèåíò ðàíãîâîé êîððåëÿöèè Ñïèðìåíà: n X 6 360 rS = 1 − d2ℓ = 1 − ≈ 0,636. 2 10 (10 − 1) 990 ℓ=1 Âû÷èñëÿåì âûáîðî÷íîå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ; r 6 Kýêñï = |0,636| ≈ 2,331. 1 − 0,6362 Êðèòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ Kêðèò = t8;0,975 = 2,306, ò.å. íà óðîâíå çíà÷èìîñòè 0,05 ÊÊ Ñïèðìåíà çíà÷èì. Íî íà óðîâíå çíà÷èìîñòè 0,03 ÊÊ Ñïèðìåíà íå çíà÷èì, ò.ê. â ýòîì ñëó÷àå Kêðèò = t8;0,985 = 2,633. ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 291 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Êîýèöèåíò ðàíãîâîé êîððåëÿöèè Êåíäàëëà ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ ðåøåíèÿ òåõ æå çàäà÷, ÷òî è êîýèöèåíò Ñïèðìåíà. Ïðîâåðÿþòñÿ òå æå ãèïîòåçû, è àëãîðèòì ïðîâåðêè òàêîé æå, êàê è ïðè èñïîëüçîâàíèè êîýèöèåíòà Ñïèðìåíà. àçíèöà ëèøü â òîì, ÷òî èñïîëüçóþòñÿ ñòàòèñòè÷åñêèå òàáëèöû äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ êîýèöèåíòà Êåíäàëëà. ÊÊ Êåíäàëëà ÿâëÿåòñÿ ñàìîñòîÿòåëüíûì èíñòðóìåíòîì, îïèðàþùèìñÿ íà âû÷èñëåíèå ñîîòíîøåíèÿ ïàð çíà÷åíèé äâóõ âûáîðîê, èìåþùèõ îäèíàêîâûå èëè îòëè÷àþùèåñÿ òåíäåíöèè (âîçðàñòàíèå èëè óáûâàíèå çíà÷åíèé). Òàêèì îáðàçîì, îñíîâíîé èäååé ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî î íàïðàâëåíèè ñâÿçè ìîæíî ñóäèòü, ïîïàðíî ñðàâíèâàÿ ìåæäó ñîáîé îáúåêòû: åñëè ó ïàðû èçìåíåíèå ïî X ñîâïàäàåò ïî íàïðàâëåíèþ ñ èçìåíåíèåì ïî Y , ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î ïîëîæèòåëüíîé ñâÿçè, åñëè íå ñîâïàäàåò  îá îòðèöàòåëüíîé ñâÿçè. Ïðèìåíåíèå êîýèöèåíòà Êåíäàëëà ÿâëÿåòñÿ ïðåäïî÷òèòåëüíûì, åñëè â èñõîäíûõ äàííûõ èìåþòñÿ âûáðîñû. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 292 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïðè èñïîëüçîâàíèè ÊÊ Êåíäàëëà îäíà ïåðåìåííàÿ ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå ìîíîòîííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè â ïîðÿäêå âîçðàñòàíèÿ âåëè÷èí; äðóãîé ïåðåìåííîé ïðèñâàèâàþòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèå ðàíãîâûå ìåñòà. Êîëè÷åñòâî èíâåðñèé (íàðóøåíèé ìîíîòîííîñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðâûì ðÿäîì) èñïîëüçóåòñÿ â îðìóëå äëÿ êîððåëÿöèîííûõ êîýèöèåíòîâ. Äëÿ âû÷èñëåíèÿ ñòàòèñòèêè Êåíäåëëà äîñòàòî÷íî ïîñ÷èòàòü êîëè÷åñòâî èíâåðñèé (ìèíèìàëüíîå ÷èñëî ïåðåñòàíîâîê ñîñåäíèõ îáúåêòîâ), êîòîðîå íàäî ñäåëàòü äëÿ òîãî, ÷òîáû îäíî óïîðÿäî÷åíèå îáúåêòîâ ïðåâðàòèëîñü â äðóãîå. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 293 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïóñòü åñòü ïàðû íàáëþäåíèé êàæäîãî èç ïðèçíàêîâ (X1 , Y1 ), (X2 , Y2 ), ..., (Xn , Yn ). Óïîðÿäî÷èì íàáëþäåíèÿ ïåðâîãî ïðèçíàêà è ïðîðàíæèðóåì èõ ðàíãàìè îò 1 äî n. Çàòåì ðàíæèðóåì ïîñëåäîâàòåëüíîñòü íàáëþäåíèé âòîðîãî ïðèçíàêà, ïðè ýòîì îáúåêòû ïåðåíóìåðîâàíû â ñîîòâåòñòâèè ñ ðàíãàìè ïåðâîé ñîâîêóïíîñòè. Ïóñòü âî âòîðîì íàáîðå ïðèïèñàíû êàæäîìó íàáëþäåíèþ ðàíãè r1 , r2 , ..., rn , ò.å. òåïåðü âñå îáúåêòû õàðàêòåðèçóþòñÿ ïàðàìè ðàíãîâ: (1, r1 ), (2, r2 ), ..., (n, rn ). Ïîñëå ïåðåíóìåðîâàíèÿ ðàíãè èçìåðåíèé ïðèçíàêîâ A ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé íîâûå íîìåðà ñàìèõ îáúåêòîâ. Ïóñòü Q  ÷èñëî èíâåðñèé â âûáîðêå (r1 , r2 , ..., rn ), ãäå èíâåðñèÿ  ýòî íàðóøåíèå ïîðÿäêà. Âûáîðî÷íûé ÊÊ Êåíäàëëà àññ÷èòûâàåòñÿ ïî îðìóëå: rK = 1 − 4Q , n (n − 1) ãäå n  îáúåì âûáîðêè, Q  ÷èñëî èíâåðñèé. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 294 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ èïîòåçà î çíà÷èìîñòè ÊÊ Êåíäàëëà èïîòåçû: H0 = {êîððåëÿöèÿ ìåæäó ïåðåìåííûìè (èëè èåðàðõèÿìè) A è B íå îòëè÷àåòñÿ îò íóëÿ}; H1 = {êîððåëÿöèÿ ìåæäó ïåðåìåííûìè (èëè èåðàðõèÿìè) A è B çíà÷èìî îòëè÷àåòñÿ îò íóëÿ}. Àíàëèç: åñëè âûáîðî÷íîå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ s 9 n (n − 1) (n > 10) Kýêñï = |rK | 2 (2 n + 5) äîñòèãàåò êðèòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ Kêðèò = z1−α/2 èëè ïðåâûøàåò åãî, êîððåëÿöèÿ çíà÷èìà. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 295 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïðèìåð 7.5.  ðåçóëüòàòå àíêåòíîãî îáñëåäîâàíèÿ äëÿ 10 âàæíåéøèõ âèäîâ îáîðóäîâàíèÿ, èñïîëüçóåìîãî ñóäîâîäèòåëÿìè âî âðåìÿ âàõòû, ïîëó÷åíû ñëåäóþùèå ðàíãè ïî âàæíîñòè îáîðóäîâàíèÿ X è ïî ÷àñòîòå åãî èñïîëüçîâàíèÿ Y (ñì. òàáë.). Âû÷èñëèòü ðàíãîâûé êîýèöèåíò Êåíäàëëà è îöåíèòü åãî çíà÷èìîñòü íà óðîâíå α = 0,05. Òèï îáîðóä. Âàæíîñòü(xi ) ×àñòîòà (yi ) ×èñëî èíâåðñèé 1 1 1 2 2 4 2 3 3 2 4 4 6 2 5 5 3 6 6 9 3 7 7 10 3 8 8 8 2 9 9 7 1 10 10 5 Îòñþäà ◭ Q = 13. È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 296 / 297 7.2. Êîððåëÿöèîííûé àíàëèç. 7.2.5. àíãîâûå ÊÊ Ïðèìåð 7.5.(ïðîäîëæåíèå) Äàëåå 52 38 4 13 =1− = ≈ 0,422, 10 (10 − 1) 90 90 s s 9 · 10 · 9 810 = 0,422 ≈ 8,49. = 0,422 2 (2 9 + 5) 465) rK = 1 − Kýêñï Ïðè ýòîì Kêðèò = z0,975 = 1, 96 < Kýêñï , ò.å. ÊÊ Êåíäàëëà çíà÷èì. ◮ È.Å. Ïîëîñêîâ (Ï ÍÈÓ) Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà 297 / 297
«Математическая статистика» 👇
Готовые курсовые работы и рефераты
Купить от 250 ₽
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Найти

Тебе могут подойти лекции

Смотреть все 270 лекций
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot