假设检验的基本概念

统计假设

引入:有一天保健品钙含量的数据,并且按照经验知道保健品中钙含量方差在 σ2=122。

设随机变量 X 表示这一天每片保健品的钙含量,则:

X∼N(μ,122)

检验:

  • H0:μ=μ0=500.

  • H1:μ≠μ0.

如果原假设正确,则:

X―∼N(μ0,σ2n)

则:

U=X―−μ0σ/n∼N(0,1)

因此,X―−μ0σ/n 取值较大是小概率事件。为什么选取 U 来比较,因为 U 的分布里面没有未知参数。

假设检验的基本原理和步骤

假设检验的基本原理 先对总体的特征作出某种假设,根据统计原理,通过抽样做出对此假设应该拒绝还是接受的推断。

定义概率 α=0.05,0.01,⋯,称为 检验水平(显著性水平)α. α 越小,检验的标准越宽松,并且最终的结论和 α 也有关。

因此,确定一个常数 C,使得:

P(U>C)=α⇒P(|X―−μ0σ/n|>C)=α

拒绝域:

W={|X―−μ0σ/n|>1.96}W={X―<μ0−1.96σn,X―>μ0+1.96σn}

接受域:

{|X―−μ0σ/n|≤1.96}{μ0−1.96σn≤X―≤μ0+1.96σn}

参数假设检验的步骤

原假设和备选假设如何选取,原假设一般是认为系统工作正常,备择假设一旦成立,可能说明系统产生严重的问题。

两类错误

假设检验的原理 小概率事件在一次实验中基本不发生。是概率意义下的一种反证法思想。可能产生两类错误:拒绝 H0 | H0 为真(弃真),β=P(接收 H0 | H0 为假)(存伪)

 接受 H0接受 H1
H0 为真正确(>1−α)犯第一类错误(≤α)
H0 为假犯第二类错误(β)正确(1−β)

假设检验的原则 控制犯第一类错误的概率不超过 α,再尽可能降低犯第二类错误的概率。

比如分析样本服从 X∼N(508,122),却接收了 H0:μ=500 的假设。接受域 [494,504],则:

β=P(494≤X―≤504)=−Φ(494−50812/16)+Φ(504−50812/16)=0.242

减小 β 的方法:

每包化肥的质量服从 X∼N(μ,4),假设 H0:μ≥50,备择假设 H1:μ<50.

若原假设正确,则:

P(X―−μσ/n<−zα)=α

但是不知道 μ 的真值,只知道 μ≥50,而:

(X―−μ0σ/n<−zα)⊂(X―−μσ/n<−zα)

所以:

P(X―−μ0σ/n<−zα)≤α

因此是一个小概率事件。所以取拒绝域:

X―−μ0σ/n<−zα

实际使用时取等号。犯第一类错误的概率不超过 α.

p 值检验法

首先计算出统计量的观测值 u0,再计算事件 |U|>|u0| 的概率,和概率 p 比较。概率 p 称为检验 p 值。p 值越小,代表观测值和假设越不一致,显著性水平越高。

p 值检验法一般方法

设 Z 表示构造的检验统计量,z0 表示根据样本数据计算得到的检验统计量的观测值。

单个正态总体的参数检验

单个正态总体均值的假设检验

当方差 σ2 已知,可以提出三类原假设和备择假设:

  1. H0:μ=μ0,H1:μ≠μ0;

  2. H0:μ≥μ0,H1:μ<μ0;

  3. H0:μ≤μ0,H1:μ>μ0.

采用检验统计量:

U=X―−μ0σ/n∼N(0,1)

对于 1.,选取拒绝域(双侧):

|U|>uα/2

对于 2.3.,选取拒绝域(单侧):

U<−uαU>uα

当方差 σ2 未知,选取检验统计量:

T=X―−μ0S/n∼t(n−1)
  1. 检验假设 H0:μ=μ0,H1:μ≠μ0,其拒绝域为:

    |T|>tα/2(n−1)
  2. 检验假设 H0:μ≥μ0,H1:μ<μ0,其拒绝域为:

    T<−tα(n−1)
  3. 检验假设 H0:μ≤μ0,H1:μ>μ0,其拒绝域为:

    T>tα(n−1)

称为 t 检验法。

pl 老师上课提出的简单记忆方法,拒绝域的符号和备择假设一致。

单个正态总体方差的假设检验

当均值 μ 已知,选取检验统计量:

χ2=∑i=1n(Xi−μ)2σ02∼χ2(n)
  1. 检验假设 H0:σ2=σ02,H1:σ2≠σ02,其拒绝域为:

    χ^2<χ1−α/22(n)或χ^2>χα/22(n)
  2. 检验假设 H0:σ2≥σ02,H1:σ2<σ02,其拒绝域为:

    χ^2<χ1−α2(n)
  3. 检验假设 H0:σ2≤σ02,H1:σ2>σ02,其拒绝域为:

    χ^2>χα2(n)

此时直接使用方差的定义,更加准确。

当均值 μ 未知,选取检验统计量:

χ2=∑i=1n(Xi−X―)2σ02∼χ2(n−1)
  1. 检验假设 H0:σ2=σ02,H1:σ2≠σ02,其拒绝域为:

    χ^2<χ1−α/22(n−1)或χ^2>χα/22(n−1)
  2. 检验假设 H0:σ2≥σ02,H1:σ2<σ02,其拒绝域为:

    χ^2<χ1−α2(n−1)
  3. 检验假设 H0:σ2≤σ02,H1:σ2>σ02,其拒绝域为:

    χ^2>χα2(n−1)

称为 χ2 检验法

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  1. 先检验平均重量是否符合要求,提出假设:

    H0:μ=1000,H1:μ≠1000

    选取检验统计量:

    T=X―−1000S/10∼t(9)
  2. 提出假设:

    H0:σ2≤σ02,H1:σ2>σ02

    选取检验统计量:

    χ2=9S2σ02∼χ2(n−1)