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MINITAB统计基础

MINITAB统计基础

1.正态总体的抽样分布

1)样本均值X的分布——标准正态分布及T分布

样本标准差计算公式:

◆T分布的定义:

Studenttdistribution,如果X服从标准正态分布,S2服从个自由度的卡方分布,且它们相互独立,那么随机量

所服从的分布称为ν个自由度的t分布。

其分布密度函数为:

当ν∞时的极限分布即是标准正态分布,

当ν=1时就是Cauchy分布。

T分布只包含1个参数。

数学期望和方差分别为0,νν-2(ν≤1时期望不存在,ν≤2方差不存在)。

我们常常用tν表示υ个自由度的t分布。

MINITAB对于更一般的t分布还增加了一个“非中心参数”,当非中心参数为0时,就得到了我们现在所说的t分布。

在用MINITAB计算时,只要注意这一点就行了。

自由度:

可以简单理解为在研究问题中,可以自由独立取值的数据或变量的个数。

范例:

✧Z~N(0,1),求Z=1.98时的概率密度。

计算----->概率分布----->正态分布----->概率密度----->输入常数1.98----->确定

概率密度函数

正态分布,均值=0和标准差=1

xf(x)

1.980.0561831

✧Z~N0,1,求PZ<2.4。

计算----->概率分布----->正态分布----->累积概率----->输入常数2.4----->确定

累积分布函数

正态分布,均值=0和标准差=1

xP(X<=x)

2.40.991802

✧Z~N(0,1),求使得P(Z

计算----->概率分布----->正态分布----->逆累积概率----->输入常数0.95----->确定

逆累积分布函数

正态分布,均值=0和标准差=1

P(X<=x)x

0.951.64485

✧自由度=12,求使得PZ

计算----->概率分布----->t分布----->逆累积概率----->输入自由度12----->输入常数0.95----->确定

逆累积分布函数

学生t分布,12自由度

P(X<=x)x

0.951.7822

✧自由度=12,求使得Pt≤3。

计算----->概率分布----->t分布----->累积概率----->输入自由度12----->输入常数3----->确定

累积分布函数

学生t分布,12自由度

xP(X<=x)

30.994467

2)双样本均值差的分布

3)正态样本正态样本方差S2的分布——卡房卡方分布

若X1,X2,……,Xn是从正态总体Nμ,σ2中抽出的一组样本量为n的独立随机样本,记

则当μ已知时:

当未知时,用X替μ后可以得到

其概率密度函数在正半轴上呈正偏态分布。

◆卡方分布的定义:

把n个相互独立的标准正态随机变量的平方和称为自由度为n的卡方分布。

它的密度表达式为:

参数ν≥1称为自由度。

卡方分布有向右的偏斜,特别在较小自由度情况下(ν越小,分布越偏斜)。

我们常用χ2ν表达自由度为ν的卡方分布。

卡方分布有很多用途,其中一项就是用来分析单个正态总体样本方差的状况;还可以用来进行分布的拟合优度检验,即检验资料是否符合某种特定分布;对于离散数据构成的列联表,也可以用来分析两个离散型因子间是否独立等。

◆卡方分布的性质

a)卡方分布的加法性:

设X和Y彼此独立,且都服从卡方分布,其自由度分别为n1,n2。

若令Z=X+Y,则Z服从自由度为n1+n2的卡方分布。

b)若X∼χ2n,则EX=n,VX=2n。

计算下列各卡方分布的相关数值:

✧自由度=10,求使得Pχ2

计算----->概率分布----->卡方分布----->逆累积概率----->自由度=10----->常数=0.95----->确定

逆累积分布函数

卡方分布,10自由度

P(X<=x)x

0.9518.307

✧自由度=10,求Pχ2≤28。

计算----->概率分布----->卡方分布----->累积概率----->自由度=10----->常数=28----->确定

累积分布函数

卡方分布,10自由度

xP(X<=x)

280.998195

4)两个独立的正态样本方差之比的分布——F分布

两个独立的正态样本方差之比的分布是F分布。

设有两个独立的正态总体N(μ1,σ2)和N(μ2,σ2),它们的方差相等。

又设X1,X2,…,Xn是来自N(μ1,σ2)的一个样本Y1,Y2,…,Yn是来自N(μ2,σ2)的一个样本,这两样相互独立。

它们的样本方差之比是自由度为n-1和m-1的F分布:

n-1称为分子自由度;m-1为分母自由度;F分布的概率密度函数在正半轴上呈正偏态分布。

实际上,F统计量就是由两个卡方随机变量相除所构成的,如果Χ∼χ2ν1,Y∼χ2ν2,且二者相互独立,则称二者比值的分布为F分布,即

其密度函数是:

F分布的应用非常广泛,尤其是在判断两正态总体方差是否相等以及方差分析(ANOVA)等问题上面。

✧计算F0.95(8,,18)的数值。

计算----->概率分布----->F分布----->逆累积概率----->分子自由度=8----->分母自由度=18----->常数=0.95----->确定

逆累积分布函数

F分布,8分子自由度和18分母自由度

P(X<=x)x

0.952.51016

2.参数的点估计

1)点估计的概念

用单个数值对于总体参数给出估计的方法称为点估计。

设Ɵ是总体的一个未知参数,X1,X2,…,Xn是从总体中抽取的样本量为n的一个随机样本,那么用来估计未知参数Ɵ的统计量Θ(X1,X2,…Xn)称为Ɵ的估计量,或称为Ɵ的点估计。

我们总是在参数上方画一个帽子“∧”表示该参数的估计量。

在工程中经常出现的点估计问题之最好结果是:

Ø对于总体均值μ,μ=X;

Ø对于总体方差σ2,σ2=S2;

Ø对于比率p,p=Xn,X是样本量为n的随机样本中我们感兴趣的那类出现的次数;

Ø对于μ1-μ2,μ1 -μ2=X1-X2(两个独立随机样本均值之差);

Ø对于p1-p2,估计为P1 -P2(两个独立随机样本比率之差);

2)点估计的评选标准

3.参数的区间估计

设Ɵ是总体的一个待估参数,从总体中获得样本量为n的样本是X1,X2,…,Xn,对给定的显著性水平α(0﹤α﹤1),有统计量:

ƟL=ƟL(X1,X2,…,Xn)与ƟU=ƟU(X1,X2,…,Xn),若对于任意Ɵ有P(ƟL≤Ɵ≤ƟU)=1-α,则称随机区间[ƟL,ƟU]是Ɵ的置信水平为1-α的置信区间,ƟL与ƟU分别称为置信下限和置信上限。

置信区间的大小表达了区间估计的精确性,置信水平表达了区间估计的可靠性,1-α是区间估计的可靠程度,而α表达了区间估计的不可靠程度。

在进行区间估计时,必须同时考虑置信水平与置信区间两个方面。

对于置信区间的选取,一定要注意,决不能认为置信水平越大的置信区间就越好。

实际上,置信水平定的越大,则置信区间相应也一定越宽,当置信水平太大时,则置信区间会宽得没有实际意义了。

这两者要结合在一起考虑,才更为实际。

通常我们取置信水平为0.95,极个别情况下可取0.99或0.90,一般不取其他的置信水平。

1)单正态总体均值的置信区间

当X~N(μ,σ2)时,正态总体均值的置信区间有以下三种情况:

a)当总体方差σ2已知时,正态总体均值μ的1–α置信区间为:

式中,Z1-α2是标准正态分布的1-α2分位数,也就是双侧α分位数。

例如α=0.05时,Z0.975=1.96。

在MINITAB中,我们通过:

统计----->基本统计量----->单样本Z来实现的。

由于实际情况中,已知标准差的情况很少见,因此我们这里重点关注的是标准差位置时的情况。

b)当总体方差σ2未知时,σ用样本标准差S代替,此时正态总体均值μ的1–α置信区间为:

式中,t1-α2n-1表示自由度为n–1的t分布的1-α2分位数,也就是t分布的双侧α分位数。

例如α=0.05时,样本量n=16时,t0.97515=2.131,其值略大于Z0.975=1.96。

在MINITAB中,我们通过:

统计----->基本统计量----->单样本t来实现的。

✧某集团公司正推进节省运输费用活动,下表为20个月使用的运输费用调查结果数据:

1742

1827

1681

1742

1676

1680

1792

1735

1687

1852

1861

1778

1747

1678

1754

1799

1697

1664

1804

1707

假设运输费用是服从正态分布的,求运输费用均值的95%置信区间。

统计----->基本统计量----->单样本t----->样本所在列=运输费用----->选项----->置信水平=95----->确定。

单样本T:

运输费用

均值标

变量N均值标准差准误95%置信区间

运输费用201745.261.913.8(1716.2,1774.2)

c)前两种情况讨论的是当总体为正态分布时,μ的区间估计,然而当总体不是正态分布时,如果样本量n超过30,则可根据中心极限定理知道:

X仍近似服从正态分布,因而仍可用正态分布总提示的均值μ的区间估计方法,而且可以直接用样本标准差代替总体标准差,即采用公式:

在MINITAB中,通常直接采用:

统计----->基本统计量----->图形化汇总中得到总体均值的置信区间结果。

只不过要注意的是:

总体非正态时,在小样本情况下此结果并不可信,只有当样本量超过30后,由于中心极限定理的保证,此结果才是可信的。

2)单正态总体方差和标准差的置信区间

当X~N(μ,σ2)时,正态总体方差的置信区间是:

式中,χ1-α22n-1和χα22n-1分别是1-α2分位数与α2分位数。

当X~N(μ,σ2)时,正态总体标准差的置信区间是:

✧某集团公司正推进节省运输费用活动,下表为20个月使用的运输费用调查结果数据:

1742

1827

1681

1742

1676

1680

1792

1735

1687

1852

1861

1778

1747

1678

1754

1799

1697

1664

1804

1707

假设运输费用是服从正态分布的,求运输费用方差和标准差的95%置信区间。

统计----->基本统计量----->单方差----->样本所在列=运输费用----->选项----->置信水平=95----->确定。

单方差检验和置信区间:

运输费用

方法

卡方方法仅适用于正态分布。

Bonett方法适用于任何连续分布。

统计量

变量N标准差方差

运输费用2061.93830

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