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数学基础-概率论03(统计推断-参数估计)

统计推断是通过样本推断总体的分布或者分布的数字特征。

已知一个总体的分布类型,但是对分布里面的参数不清楚,如泊松分布P(),这时候需要对这些未知参数进行估计。

3.1 点估计

点估计:以某个适当的统计量的估测值作为未知参数的估计值

3.1.1 矩估计

矩估计法是用样本n阶矩去估计总体n阶矩,n的大小由未知参数决定,在估计的过程中,解得未知参数。

例子:
1.泊松分布矩估计:已知总体X~P(的矩估计量。
首先只有一个未知参数,一阶矩(期望)可以解决,泊松分布的一阶矩为:
其次样本的一阶矩是
令总体的一阶矩等于样本的一阶矩,即

2.正态分布矩估计:已知总体X~N(的矩估计量。
两个未知参数,用一阶原点矩和二阶原点矩解决。并使总体的相应矩等于样本矩,建立其方程组后,解出两个参数。
解得:

特点:

1.矩估计的方法依赖于抽取的样本,不同的样本对应不同的参数估计值,所以具有一定随意性
2.使用矩估计要求总体存在原点矩,有些随机变量(如柯西分布)的原点矩不存在,因此无法使用矩估计


3.1.2 极大似然估计

极大似然估计始于高斯误差理论,直观的想法是目前为止所观测到的事件是最有可能出现的事件。比如你和职业车手比赛,有一人赢了,我们总是倾向于是职业车手赢得比赛。
设总体含有待估计参数的极大似然估计。

例子:
1.泊松分布极大似然估计:已知总体X~P(的极大似然估计值。
已知泊松分布的分布律为:
首先得到似然方程,该批次观测值出现的概率为所以事件的概率乘积,即

取对数得:

由于L和lnL在同一个有极值,因此为了求L的极值,可以对lnL使用极限的思想进行分析。

解得):

特点:

1.不要求总体原点矩存在
2.需要求解似然方程


3.1.3 估计量的评选标准

1.无偏性
假设每次抽样,对参数的无偏估计量。

2.有效性
多次抽样,使用不同的方法计算得到多组的估计量,这两组中较稳定的(即方差小)较其他组更为有效的估计。方差反映估计值在真实值附近更为“集中”。

3.一致性(相合性)
毫无疑问,抽取样本的容量越大,对未知参数的估计越接近真实值,估计量的这种性质称为一致性(相合性)

相合估计量:
,有

此时,称(弱)相合估计量。

注:

1.一般而言,三个估计量评选标准只要满足前面两个标准就不错了,因为使用一致性要求样本容量足够大


3.2 区间估计

区间估计:用两个统计量的观测值确定的区间来估计未知参数的大致范围,并给出未知参数落在此区间的概率。

定义
对于事先指定的概率,使得:

那么置信区间长度。


3.2.1 单正态总体参数的区间估计

均值区间估计
(1)总体方差已知,求的区间估计
总体服从正态分布且方差.样本均值经过标准化后的随机变量则服从标准正态分布,即:

根据标准正态分布性质,概率密度关于y轴对称,可得到以下式子:

解释如下:

数学基础-概率论03(统计推断-参数估计)
标准正态分布的概率密度函数

已知概率密度函数下的面积为该变量出现的概率,假设区域2,3的面积和为)之间对于的随机变量位置为1.96.

数学基础-概率论03(统计推断-参数估计)
enter description here

所以,对于公式1,确定的,解出不等式为:

所以,置信度为

例子:假设随机事件总体满足正态分布N(
-->表示总体的分布中,未知参数.

(2)总体方差未知,求的区间估计

总体的方差的无偏估计,构造估计量:

参考连续型概率分布的T分布分析可知:T的概率密度函数的形状类似于均值为0方差为1的正态分布,但更低更宽。所以对于置信度为的置信区间为:

其中查T分布的临界值表可知。


3.2.1 双正态总体参数的区间估计

多因素引发质量指标X的变化,若X服从正态分布,则需要对两个正态分布的总体的均值差或方差比给出区间估计。

3.2.1.1 双正态总体均值差的区间估计

a.已知
构造统计量:

给定置信水平,得以下式子:

得置信区间为:

例子:

假设有两批抽样的玩具,其重量如下:
3 6 3 4 5 4
5 6 4 7 8 6
假设这两批样本分别满足正态分布N(,7),求两批样本置信水平为98%的总体重量均值差的区间估计。

解: 由两个样本可知,

a.未知
构造统计量:

同单总正态参数估计一样,根据t分布的对称性,给出置信水平为的置信区间为:


3.2.1.2 双正态总体方差比的区间估计

构造统计量:

给定置信水平1-\alpha,得:

解出区间为:

该公式的大部分参数可以通过统计两次抽样得到,等值查F分布临界值表得到。


3.3 (0-1)分布参数的区间估计

设有容量n>50的大样本,它来自(0-1)分布的总体X,Y的分布律为:

其中p是未知参数,现在求p的置信水平为的置信区间。

由于样本量很大,根据中心极限定理得:

近似满足N(0,1)分布,有式子:

不写具体推导过程了(可参考百度文库),直接写区间估计结果:

其中

例子:

设有一批产品有100个,其中良品60个,求这批产品中置信区间为95%的良品率区间估计。
解: 可知:n=100,
计算得:a=103.84,b=-123.84,c=36,代入式子2,得到:
置信95%的良品率置信区间为**[0.50,0.69]**

说明
本教程是在学习书籍新编概率论与数理统计-孙淑娥基础上所写的。

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