假设检定与信赖区间估计My数位学习课件.ppt
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1、LOGO11.1第 11 章假設檢定的介紹假設檢定的介紹Copyright 2010 Cengage Learning11.2SSA回郵信封信封計畫回郵信封信封計畫聯邦快遞(FedEx)寄發票給顧客要求30天之內付費。目前,付清帳單所需時間的平均數與標準差是24天與6天。財務長相信附上一個回郵信封會縮短付款時間。她計算簡短2天的付款時間以改善現金流量,將能支付信封與郵票的成本。若更進一步地簡短付費時間,將會產生利潤。為了測試她的想法,她隨機選取220位顧客且隨著發票附上一個回郵信封寄出。收到付款所需的天數被記錄下來。這個財務長是否能夠下結論說這項計畫是有利潤的?(解答見P394)Data:Xm
2、11-00Copyright 2010 Cengage Learning11.311.1 假設檢定的概念假設檢定的概念假設檢定是統計推論的第二個類型。它也有很廣泛 的應用。假設檢定是對母體的未知參數先假定其值,然後利用抽樣的樣本資料來判斷此假定值是否跟母體參數有明顯的差異。為了解其概念,我們將從假設檢定的非統計應用開始。第11章 假設檢定的介紹 第378頁Copyright 2010 Cengage Learning11.4假設檢定的非統計應用假設檢定的非統計應用刑事審判是假設檢定的非統計的例子。(無罪推定)審判中陪審團必須在兩個假設中做決定。虛無假設(null hypothesis)為H0:
3、被告是無罪的對立(alternative)或研究假設(research hypothesis)為H1:被告是有罪的 陪審團並不知道哪一個假設是正確的。他們必須要依據原告 和被告兩方提出的證據做決策。第11章 假設檢定的介紹 第379頁Copyright 2010 Cengage Learning11.5假設檢定的非統計應用假設檢定的非統計應用在統計的術語宣判被告有罪等同於等同於拒絕拒絕虛無假設且虛無假設且支持支持對立假設對立假設(rejecting the null hypothesis in favor of the alternative)也就是,陪審團認為有足夠的證據做出被告有罪的 結論
4、(有足夠的證據支持對立假設)。第11章 假設檢定的介紹 第379頁Copyright 2010 Cengage Learning11.6假設檢定的非統計應用假設檢定的非統計應用宣判被告無罪如同說不拒絕不拒絕虛無假設且虛無假設且不支持不支持對立假設對立假設(not rejecting the null hypothesis in favor of the alternative)注意陪審團並不是說被告是無罪的,只能說沒有足 夠證據支持對立假設。這是為什麼我們從不說我們 支持虛無假設。第11章 假設檢定的介紹 第379頁Copyright 2010 Cengage Learning11.7假設檢定
5、的非統計應用假設檢定的非統計應用有兩種可能的錯誤。型 I 錯誤(Type I error)發生於當我們拒絕了一個真 實的虛無假設。在刑事審判中,犯型 I 錯誤是當一 個無罪的人被陪審團錯誤地宣判有罪。型 II 錯誤(Type II error)被定義成不拒絕一個錯誤 的虛無假設。型 II 錯誤的發生是當一個有罪的被告 被宣判無罪釋放。第11章 假設檢定的介紹 第379頁Copyright 2010 Cengage Learning11.8假設檢定的非統計應用假設檢定的非統計應用犯型 I 錯誤的機率被表示成 (希臘字母alpha),它也被稱為顯著水準(significance level)。犯型
6、 II 錯 誤的機率被表示成 (希臘字母beta)。兩種錯誤的機率 和 是反向相關的,意思是試圖 降低其中一個將會造成另外一個的增加。第11章 假設檢定的介紹 第379頁Copyright 2010 Cengage Learning11.9假設檢定的非統計應用假設檢定的非統計應用-錯誤的型態錯誤的型態型 I 錯誤(Type I error)發生於當我們拒絕拒絕了一個真實真實的的虛無假設。型 II 錯誤(Type II error)發生於當我們不拒絕不拒絕一個錯錯誤的誤的虛無假設(例,當H0是錯誤的,而沒有拒絕 H0)。第11章 假設檢定的介紹 第379-380頁 表4.1Copyright 2
7、010 Cengage Learning11.10假設檢定的非統計應用假設檢定的非統計應用在我們的刑事審判制度,型 I 錯誤被視為是比較嚴 重的。我們試著避免宣判無罪的人有罪。我們寧可 宣告有罪的人無罪。美國最高法院法官Holmes:寧可無罪釋放100個有罪的人,也不願誤判一個無罪的人有罪。制度的安排是將犯型 I 錯誤的機率 設得很小,藉由將舉證的重擔放在原告(控方必須證明被告有罪,辯方無需證明任何事情),且陪審團只有在證據超過合理的懷疑時才得以宣判被告有罪。第11章 假設檢定的介紹 第379頁Copyright 2010 Cengage Learning11.11假設檢定的非統計應用假設檢定
8、的非統計應用假設檢定的重要觀念如下所述:1.有兩個假設,為虛無假設與對立假設。2.檢定的程序以假定虛無假設為真開始。3.過程的目的是要決定是否有足夠的證據去推論對立假設是真的。4.有兩種可能的決策:結論認為有足夠的證據去支持對立假設。結論認為無無足夠的證據去支持對立假設。第11章 假設檢定的介紹 第380頁Copyright 2010 Cengage Learning11.12假設檢定的非統計應用假設檢定的非統計應用5.任何檢定皆有兩種可能的錯誤。型 I 錯誤:拒絕一個真的虛無假設型 II 錯誤:不拒絕一個錯誤的虛無假設犯型 I 與型 II 錯誤的機率是P(型 I 錯誤)P(型 II 錯誤)第
9、11章 假設檢定的介紹 第380頁Copyright 2010 Cengage Learning11.13假設檢定的概念假設檢定的概念(1)有兩個兩個假設。一個被稱為虛無假設虛無假設,另一個被稱為 對立對立或研究假設研究假設。通用的符號表示法:H0:虛無假設虛無假設H1:對立對立或研究假設研究假設虛無假設(H0)總是說明母體參數是等於等於對立假設(H1)中指定的值。發音為H“nought”第11章 假設檢定的介紹 第380頁Copyright 2010 Cengage Learning11.14假設檢定的概念假設檢定的概念(1)再次回想範例10.1(估計電腦前置期間的平均需求量),我們的管理者
10、不想估計平均需求量,取而代之的是想要知道平均數是否不同於平均數是否不同於350。我們可以重新表述需求為虛無假設:H0:=350所以我們的研究假設為:H1:350這是我們有興趣去確認的部分.第11章 假設檢定的介紹 第380-381頁Copyright 2010 Cengage Learning11.15假設檢定的概念假設檢定的概念(2)檢定的程序以假設虛無假設為假設虛無假設為真真開始。因此,在我們有更近一步的統計證據之前,我們將假定:H0:=350 (假定為真)第11章 假設檢定的介紹 第380.381頁Copyright 2010 Cengage Learning11.16假設檢定的概念假設
11、檢定的概念(3)過程的目的目的是要決定是否有足夠的證據是否有足夠的證據去推論對立 假設是真的。也就是說,是否有足夠的統計資料,以確定這一假 設是正確的?H1:350 這是我們有興趣去確認的部分.第11章 假設檢定的介紹 第380頁Copyright 2010 Cengage Learning11.17假設檢定的概念假設檢定的概念(4)有兩種兩種可能的決策:結論認為有有足夠的證據足夠的證據去支持對立假設。(換句話說:拒絕虛無假設並且支持對立假設的)結論認為無無足夠的證據足夠的證據去支持對立假設。(換句話說:不不拒絕虛無假設去支持對立假設)注意:我們不不說我們接受接受虛無假設。第11章 假設檢定的
12、介紹 第380頁Copyright 2010 Cengage Learning11.18完成檢定與假設的敘述之後,下一個步驟是自母體中隨機抽取樣本並計算檢定統計量檢定統計量(test statistic)(此範例為樣本平均數)。假如檢定統計量的值與虛無假設所述不一致,我們我們拒絕虛無假設拒絕虛無假設並且推論對立假設是真的推論對立假設是真的。假設檢定的概念假設檢定的概念(4)第11章 假設檢定的介紹 第382頁Copyright 2010 Cengage Learning11.19假設檢定的概念假設檢定的概念(4)例如,若我們試圖決定平均數是否大於350,一個很大的 值(譬如,600)將提供足夠
13、的證據。假如 的值接近350(譬如,355),我們將說它並沒有提供我們太多推論平均數是大於350 的證據。第11章 假設檢定的介紹 第382頁Copyright 2010 Cengage Learning11.20假設檢定的概念假設檢定的概念(5)任何檢定皆有兩種兩種可能的錯誤。型 I 錯誤的發生是當我們拒絕一個真的虛無假設。型 II 錯誤的發生是當我們無法拒絕一個錯誤的虛無假設。犯型 I 與型 II 錯誤的機率是:P(型 I 錯誤)P(型 II 錯誤)被稱為顯著水準(significance level)。第11章 假設檢定的介紹 第380頁Copyright 2010 Cengage Le
14、arning11.21錯誤的型態錯誤的型態型 I 錯誤(Type I error)發生於當我們拒絕拒絕了一個真真實的實的虛無假設。型 II 錯誤(Type II error)發生於當我們不拒絕不拒絕一個錯誤的錯誤的虛無假設(例,沒有拒絕 H0,當它是錯誤的)。第11章 假設檢定的介紹 第379-380頁 表4.1Copyright 2010 Cengage Learning11.2211.2 在母體標準差已知下檢定母體平均數在母體標準差已知下檢定母體平均數 以範例11.1說明假設檢定過程。某百貨公司的經理想要對公司的信用卡顧客發展一套新的收費系統。在全面的財務分析之後,她判定只有在平均每月帳上
15、金額高於$170 時,新系統才會符合成本效益。隨機抽出400 個每月帳戶為樣本,帳戶金額的樣本平均數為$178。該經理知道帳戶金額近似於常態分配,標準差為$65。該經理可否從上述資料做出新系統將會符合成本效益的結論?Copyright 2010 Cengage Learning11.23範例範例11.1這個範例處理百貨公司信用卡帳戶的母體。為了下結論說新系統將會符合成本效益,經理必須證明所有顧客的平均帳戶金額是大於$170。我們設定對立假設來表達這個狀況:H1:170 (安裝新系統)虛無假設可以被表達成:H0:170(不安裝新系統)或 H0:=170(實際上,檢定此虛無假設)辨認方法辨認方法第
16、11章 假設檢定的介紹 第383-384頁Copyright 2010 Cengage Learning11.24範例範例11.1所以可寫成:H0:=170 (假定假定此項為真)H1:170已知:n=400(樣本資料)=178 及 =65接下來該如何推論?辨認方法辨認方法第11章 假設檢定的介紹 第頁Copyright 2010 Cengage Learning11.25檢定統計量:樣本平均檢定統計量:樣本平均 及標準化及標準化 zCopyright 2010 Cengage Learning11.26Copyright 2010 Cengage Learning11.27範例11.1為了檢定
17、我們的假設,我們可以使用兩種不同方法:第一個被稱為拒絕域法拒絕域法(rejection region method),當手動計算時,通常使用此方法。第二種是 p-值法值法(p-value approach),一般而言它僅能連結電腦和統計軟體來使用。我們將依次介紹兩種方法。計算計算第11章 假設檢定的介紹 第384頁Copyright 2010 Cengage Learning11.28範例11.1 拒絕域拒絕域當樣本平均數的值相對於170 是很大很大時,拒絕虛無假設而支持對立假設似乎很合理。選到這個樣本平均數的機率如果小於 =P(型 I 錯誤)=顯著水準,就是落入拒絕域。第11章 假設檢定的介
18、紹 第384-385頁 圖11.1計算計算Copyright 2010 Cengage Learning11.29範例範例11.1計算左邊算式的 ,並與 =170做比較。我們需要一個顯著水準()來計算此項第11章 假設檢定的介紹 第385頁計算計算Copyright 2010 Cengage Learning11.30範例範例11.1假設該經理選擇為 5%,接下來可得Z=Z.05=1.645。我們現在能夠計算 的值:由於樣本平均數(178)大於大於我們計算出的值(175.35),我們拒絕虛無假設並支持對立假設(170),也就是裝設新系統符合成本效益。第11章 假設檢定的介紹 第386頁計算計算
19、Copyright 2010 Cengage Learning11.31範例範例11.1 X 的抽樣分配的抽樣分配H0:=170H1:170拒絕 H0並且支持 H1為真第11章 假設檢定的介紹 第386.387頁 圖11.2=175.35=178Copyright 2010 Cengage Learning11.32標準化檢定統計量標準化檢定統計量一個比較簡單的方法是使用標準化檢定統計量(standardized test statistic):並且將其結果與Z相比較:(拒絕域:z Z )因為z=2.46 大於1.645(z.05),所以拒絕 H0 並支持 H1。第11章 假設檢定的介紹 第3
20、86-387頁Copyright 2010 Cengage Learning11.33範例範例11.1 Z 的抽樣分配的抽樣分配 H0:=170H1:170第11章 假設檢定的介紹 第387頁 圖11.3z=2.46Z.05=1.645拒絕H0並且支持H1為真Copyright 2010 Cengage Learning11.34標準化檢定統計量標準化檢定統計量Copyright 2010 Cengage Learning11.35範例範例11.1Copyright 2010 Cengage Learning11.36p-值值一個檢定的p-值值(p-value of a test)是在給定虛無
21、假設為真的條件下,觀測到一個檢定統計量大於或小於計算所得數值的機率。單尾檢定:p-值=P(Z|z|)其中z為計算所得數值雙尾檢定:p-值=2P(Z|z|)在範例11.1 中,觀測到一個樣本平均數大於像已經觀察過的樣本一樣(如:178)的機率機率,給定的虛無假設為H0:=170第11章 假設檢定的介紹 第388頁=p-值Copyright 2010 Cengage Learning11.37p-值p-值=P(Z 2.46)p-值=.0069 z=2.46第11章 假設檢定的介紹 第389頁 圖11.4Copyright 2010 Cengage Learning11.38描述描述 p-值值 p-
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