四、假设检验

1. 假设检验的基本概念

  在总体的分布函数完全未知或只知其形式、 但不知其参数的情况下, 为了推断总体的某些性质, 提出某些关于总体的假设。

  假设检验就是根据样本对所提出的假设作出判断: 是接受, 还是拒绝。

基本原理

  小概率推断原理:小概率事件(概率接近0的事件, 0 ≤ α ≤ 0.05 ), 在一次试验中,实际上可认为不会发生。

基本思想方法

  采用概率性质的反证法:先提出假设H0 ,再根据 一次抽样所得到的样本值进行计算。若导致小概率 事件发生,则否认假设H0 ; 否则,接受假设H

零假设与备选假设

显著性水平

  pass

  数 α 称为显著性水平。

检验统计量

  pass

零假设与备选假设

  假设检验问题通常叙述为: 在显著性水平 α 下,检验假设 H: θ ∈ Θ0 <-->  H:θ ∈ Θ 。. 或称为 在显著性水平 α 下,针对 H检验 H

  H称为原假设或零假设,H称为备选假设。

  注: 一般以保护原假设为基础,提出原假设。

检验规则

  在对问题作出假设以后,需要利用样本的观测值,,根据一定的规则作出一种决策,是接受原假设还是拒绝原假设?这种规则就称为检验规则

拒绝域与临界点

  当检验统计量取某个区域 中的值时, 我们拒绝原假设H0 , 则称区域C为拒绝域, 拒绝域的边界点称为临界点.。拒绝域一般用 W 来表示。

  pass

两类错误的概率和检验水平

检验函数

  由上述检验规则以及拒绝域,我们可以定义如下检验函数,其实就是一个示性函数 δ(X) :

pass

  在拒绝域值为1, 不在拒绝域值为 0。

两类错误及记号

  假设检验的依据是: 小概率事件在一次试验中很难发生,但很难发生不等于不发生, 因而假设检验所作出的结论有可能是错误的,这种错误有两类:

(1) 当原假设 H为真,观察值却落入拒绝域, 而 作出了拒绝 H的判断, 称做第一类错误,又叫弃真错误,这类错误是 “以真为假”。犯第一类错误的概率是:

  pass

(2) 当原假设 H不真,而观察值却落入接受域,而作出了接受 H0 的判断, 称做第二类错误, 又叫取伪错误 这类错误是 “以假为真”。 犯第二类错误的概率记为:

  pass

  当样本容量 n 一定时, 若减少犯第一类错误的概率, 则犯第二类错误的概率往往增大。若要使犯两类错误的概率都减小, 除非增加样本容量。

显著性检验

  只对犯第一类错误的概率加以控制, 而不考虑犯第二类错误的概率的检验, 称为显著性检验。

双侧备选假设与双侧假设检验

  假设采用 H:μ = μ0 和 H:μ ≠ μ0  ,备选假设 H1 表示 μ 可能大于 μ0 也可能小于 μ0 ,称为双边备选假设,形如 H:μ = μ0 和 H:μ ≠ μ0  的假设检验称为双边假设检验。

右边检验与左边检验

  形如  H:μ ≤ μ0 和 H:μ > μ0  的假设检验称为右边检验。

  形如  H:μ ≥ μ0 和 H:μ < μ0  的假设检验称为左边检验。

  右边检验与左边检验统称为单侧检验。

一致优于

  若 δ(X) 和 δ(X) 是检验问题 H: θ ∈ Θ0 <-->  H:θ ∈ Θ 的显著性水平为 α 的两个检验,若

E( δ(X) ) ≥ E( δ(X) ),θ ∈ Θ 1

对于一切 θ ∈ Θ 成立, 则称检验 δ(X) 一致优于检验 δ(X) 。

  此定义表明在限制第一类错误的基础上,第二类错误越小越优,此定义可以推广至多个检验比较。

势函数与无偏检验

  对于检验 δ (X),可以定义一个函数 β(θ)  = Eθ ( δ (X) ) = P( X ∈ W ) 称 β(θ)  为这个检验的势函数,又称 为功率函数。

注: 

  • 当 θ ∈ Θ时,β(θ) 为犯第一类错误的概率,此时 β(θ) 越小越好。
  • 当 θ ∈ Θ时,1 - β(θ) 为犯第二类错误的概率,此时 β(θ) 越大越好。

无偏检验

  对于检验 δ (X),如果弃真错误概率  β(θ0) (θ0 ∈ Θ0) 与正确决策概率 β(θ1) (θ1 ∈ Θ1) 之间满足 β(θ1)  ≥ β(θ0)  称为水平为 α 的检验为无偏检验。

  上述条件的假设是势函数 β 为连续函数。

  此时,β(θ) 在 Θ上越小越好,在 Θ上越大越好。

一致最优势检验

  pass

尾概率

  pass

小结

假设检验的一般步骤:

1. 根据实际问题的要求 提出原假设 H和备选假设 H

2.选择适当的检验统计量,在 H成立的条件下,确定它的概率分布;

3.给定显著性水平 α,确定拒绝域 W; 

4. 根据样本观察值计算统计量的值;

5. 根据统计量值是否落入拒绝域 W 中,作出拒绝或者接受 H的判断。

  人生不如意的时候,是上帝给的长假,这个时候应该好好享受假期。
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