第六章非参数统计系统版课件.ppt
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- 第六 参数 统计 系统 课件
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1、2023-2-81第六章第六章 非参数统计非参数统计 版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-82第一节第一节 引言引言 第二节第二节 单样本非参数检验单样本非参数检验 第四节第四节 两样本的非参数检验两样本的非参数检验 第四节第四节 秩相关检验秩相关检验 第六章第六章 非参数统计非参数统计 版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-83本章重点与难点本章重点与难点 重点重点:了解和掌握了解和掌握单样本非参数检验、两样单样本非参数检验、两样本的非参数检验、秩相关检验本的非参数检验、秩相关检验的基本方法。的基本方法。难点难点:符号秩检验的基本原理和符号秩
2、检验的基本原理和秩相关检验秩相关检验的基本原理及其计算方法。的基本原理及其计算方法。版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-84第一节第一节 引言引言 一、关于非参数统计一、关于非参数统计 二、非参数统计中常用统计量二、非参数统计中常用统计量 版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-85一、关于非参数统计一、关于非参数统计 n非参数统计方法的共同特征是与总体分布无关,非参数统计方法的共同特征是与总体分布无关,即总体分布未知的情况下的统计推断方法。即总体分布未知的情况下的统计推断方法。n非参数检验总是比传统检验安全。但是在总体非参数检验总是比传统检验安
3、全。但是在总体分布形式已知时,非参数检验就不如传统方法分布形式已知时,非参数检验就不如传统方法效率高。这是因为非参数方法利用的信息要少效率高。这是因为非参数方法利用的信息要少些。往往在传统方法可以拒绝零假设的情况,些。往往在传统方法可以拒绝零假设的情况,非参数检验无法拒绝。非参数检验无法拒绝。版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-86 注意:注意:非参数统计的非参数统计的“非参数非参数(nonparametric)”(nonparametric)”意意味着其方法不涉及描述总体分布的有关参数;之所味着其方法不涉及描述总体分布的有关参数;之所以称和总体分布无关以称和总体分布
4、无关(distributionfree)(distributionfree),是因为其,是因为其推断方法不涉及到总体分布,不应理解为与所有分推断方法不涉及到总体分布,不应理解为与所有分布布(例如有关秩的分布例如有关秩的分布)无关。无关。版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-87二、非参数统计中常用统计量二、非参数统计中常用统计量 (一)顺序统计量(一)顺序统计量 1 1顺序统计量顺序统计量 2 2基于顺序统计量的统计量基于顺序统计量的统计量 3 3顺序统计量的分布顺序统计量的分布版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-881 1顺序统计量顺序统计量
5、版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组1 1、顺序统计量:对于简单随机样本、顺序统计量:对于简单随机样本X1,X2,Xn,如果按照,如果按照升幂排列,得到升幂排列,得到 X(1)XX(2)(2)XX(n(n)称称X X(K)(K)为为k k个顺序统计量;个顺序统计量;称称X X(1)(1),X,X(2)(2),X,X(n(n)为一个顺序样本;为一个顺序样本;2023-2-892 2基于顺序统计量的统计量基于顺序统计量的统计量12n 22 12ndXnMXX nn为 奇 数为 偶 数 n1RXX版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组中位数中位数 极差极差 P分位数分位数 1,
6、1m11,11kpkKkkXpnkkXXXnp kpnn 2023-2-8103 3顺序统计量的分布顺序统计量的分布版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组分布函数为分布函数为 i1210,1!11!rrnnj rnnjjjnj rF xn rrFxP XxPrXxP XXXjxC FxF xnttdtrnr至少 个小于或等于中恰好有 个小于2023-2-811版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组第第r r个顺序统计量的密度函数为个顺序统计量的密度函数为 1!11!n rrrnfxFxF xf xrnr2023-2-812(二)(二)秩统计量秩统计量1 1秩统计量秩统计量2
7、 2秩统计量的分布和数字特征秩统计量的分布和数字特征3 3线性符号秩统计量线性符号秩统计量版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-8131 1秩统计量秩统计量版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组 设设X X1 1,X,X2 2,X,Xn n为来自总体为来自总体X X的简单随机样本(其中无重复的简单随机样本(其中无重复数据点)。记数据点)。记R Ri i为样本点为样本点X Xi i的秩,即的秩,即R Ri i等于或等于等于或等于X Xi i的的X Xj j的个数的个数10nijij ijijijiRI XXXXI XXXX其中2023-2-814版权所有版权所有
8、 BY 统计学课程组统计学课程组【例例6.1】表表6-1 6-1 原始观测值及相应的秩统计表原始观测值及相应的秩统计表对于【例对于【例6.16.1】给定的样本,分别给出了他们相应的秩。】给定的样本,分别给出了他们相应的秩。原始观测值xi9.30.23.273.161.5秩Ri71463522023-2-8152 2秩统计量的分布和数字特征秩统计量的分布和数字特征121,!nP Ri iin11,2,3,4,iP Rrrnn 11,2,2inE Rin版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组R R1 1,R R2 2,R Rn n的联合分布为:的联合分布为:R Ri i的概率分布为:的概
9、率分布为:R Ri i的数学期望:的数学期望:R Ri i的方差:的方差:111,2,12innVar Rin2023-2-8163 3线性符号秩统计量线性符号秩统计量版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组 设设R Ri i+在在X X1 1,X,X2 2,X,Xn n中的秩,定义中的秩,定义a an n+(.)(.)为在为在整数整数1 1,2 2,,n,n上的非负函数,且满足上的非负函数,且满足a an n+(1),a(1),an n+(n(n)不全不全为为0 0,则称,则称为线性符号秩统计量。为线性符号秩统计量。10nnniiiSaRI X2023-2-817版权所有版权所有 B
10、Y 统计学课程组统计学课程组 如果如果X X1 1,X,X2 2,X,Xn n为独立同分布的连续随机变量,并有关于为独立同分布的连续随机变量,并有关于0 0的对称分布,则的对称分布,则区别于秩统计量的分布,线性符号统计量的分布要求总体分布区别于秩统计量的分布,线性符号统计量的分布要求总体分布连续且对称。连续且对称。1211021var4nnniiniinnniiE SaRE I XaRSaR2023-2-818第二节第二节 单样本非参数检验单样本非参数检验一、单样本拟合优度检验一、单样本拟合优度检验二、符号检验二、符号检验三、三、Cox-StuartCox-Stuart趋势检验趋势检验四、游程
11、检验四、游程检验版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组2023-2-819一、单样本拟合优度检验一、单样本拟合优度检验版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组(1 1)提出统计假设)提出统计假设 H H0 0:F(X)=F:F(X)=F0 0(X)(X)(2 2)选择适当统计量)选择适当统计量221miiiifnpnp2023-2-820221miiiifnpnp版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组(3 3)由给定的显著性水平)由给定的显著性水平,查卡方概率分布表确定临界值,查卡方概率分布表确定临界值 2 2(m-1-rm-1-r)(这种检验是右侧检验这种检验是右
12、侧检验)。(4 4)利用样本值)利用样本值X X1 1,X,Xn n计算实际频数计算实际频数f fi i,再计算经验概率,再计算经验概率p p,据以计算据以计算 的值。的值。(5 5)结论,若)结论,若 ,则拒绝原假设,即,则拒绝原假设,即认为总体的分布函数不为认为总体的分布函数不为F F0 0(X)(X);反之,则接受原假设,即认;反之,则接受原假设,即认为总体的分布函数为为总体的分布函数为F F0 0(X)(X)。221mr 2023-2-821版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组【例【例6.26.2】某公路上,交通部门观察每】某公路上,交通部门观察每1515秒钟内路过的汽车秒
13、钟内路过的汽车辆数,共观察了辆数,共观察了5050分钟,得如下样本资料:分钟,得如下样本资料:表表6-2 6-2 交通部门观察每交通部门观察每1515秒内过路的汽车辆数统计表秒内过路的汽车辆数统计表试问通过的汽车辆数可否认为服从泊松分布,显著性水平为试问通过的汽车辆数可否认为服从泊松分布,显著性水平为=0.05?=0.05?辆数辆数01234实际频数实际频数926811102002023-2-8220,1,2,3,.;0!KP X KekK版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组【解】由泊松分布的概率函数【解】由泊松分布的概率函数 的估计量为:的估计量为:10 92 1 685 00.
14、805200 xfxn 2023-2-823版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组由题意,要检验的假设为:由题意,要检验的假设为:H1:总体部服从泊松分布:总体部服从泊松分布将数轴分为将数轴分为6个区间:(个区间:(-,0,(0,1,(1,2,(2,3,(3,4,(4,),由泊松分布的概率函数分别计算落在这些区间的概率由泊松分布的概率函数分别计算落在这些区间的概率0:0,1,2,3,;0!kHP Xxekk2023-2-82400.805110.805220.805330.805440.8055612340.805000.44710!0.8050110.35992!0.8051220
15、.14492!0.8052330.03893!0.8053440.00784!1PP XP XePPXP XePPXP XePPXP XePPXP XePPPPP 510.4471 0.3599 0.1449 0.0389 0.00780.0014P 2023-2-825222.038iiifnpnp21miiiifnpnp 220.052.03837.81版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组由计算表可知由计算表可知当原假设为真时,当原假设为真时,服从自由度为服从自由度为3(m-r-1=5-1-1=3)的的 2 2分布。分布。由由=0.05=0.05,查,查 2 2分布表得临界值分
16、布表得临界值 ,因,因为为 ,所以接受原假设,认为通过该所以接受原假设,认为通过该地段的汽车辆数服从泊松分布。地段的汽车辆数服从泊松分布。20.0537.812023-2-826二、符号检验二、符号检验版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组 假定用总体中位数假定用总体中位数MM来表示中间位置,并且来表示中间位置,并且X X1 1,X,Xn n独立同分布,这意味着独立同分布,这意味着X X1 1,X,Xn n取大于取大于MM的概率应该与的概率应该与取小于取小于MM的概率均为的概率均为1/21/2。对于我们所研究的问题,可。对于我们所研究的问题,可以看作是只有两种可能以看作是只有两种可能
17、“成功成功”或或“失败失败”。成功为。成功为“+”+”,即大于中位数;失败为,即大于中位数;失败为“-”-”,即小于中位数,即小于中位数MM。令:令:S S+=得正负号的数目得正负号的数目 S S-=得负负号的数目得负负号的数目2023-2-827版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组 可以知道可以知道S S+和和S S-均服从二项分布均服从二项分布B(n,0.5),n=SB(n,0.5),n=S+S+S-。则则S+S+或或S-S-可以用来做检验的统计量,给定显著性水平可以用来做检验的统计量,给定显著性水平。001000100010:;:;:HMMHMMHMMHMMHMMHMM:;:
18、2023-2-828版权所有版权所有 BY 统计学课程组统计学课程组 对于左侧检验对于左侧检验H H0 0:M=M:M=M0 0;H1:MMH1:MM0 0,当零假设为真时,当零假设为真时,S S+应该不大不小。当应该不大不小。当S S+过小,即只有少数的观测值大于过小,即只有少数的观测值大于MM0 0,则则MM0 0可能太大,总体的中位数可能较可能太大,总体的中位数可能较MM0 0小一些。如果小一些。如果P(SP(S+ss+/H/H0 0)M:MM0 0,当零假设为真时,当零假设为真时,S S+应该不大不小。当应该不大不小。当S S+过大,即有多数的观测值大于过大,即有多数的观测值大于MM0
19、 0,则,则MM0 0可能太小,目前总体的中位数可能较可能太小,目前总体的中位数可能较MM0 0大。如果大。如果P(SP(S+ss+/H/H0 0),则拒绝原假设。则拒绝原假设。双侧检验对备择假设双侧检验对备择假设H H1 1来说关心的是等于正的次数是否与等于来说关心的是等于正的次数是否与等于负的次数有显著差异。所以当负的次数有显著差异。所以当P(SP(S+sss-/H/H0 0)M:MM0 0,即实际的中位数比即实际的中位数比MM0 0大。大。类似的,如果负秩的总和远远大于正秩的总和,表明大部类似的,如果负秩的总和远远大于正秩的总和,表明大部分大的秩是负的差值,即分大的秩是负的差值,即D D
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