Statystyka Inżynierska

Transkrypt

1 Statystyka Iżyerska dr hab. ż. Jacek Tarasuk AGH, WFIS 013 Wykład 3 DYSKRETNE I CIĄGŁE ROZKŁADY JEDNOWYMIAROWE, PODSTAWY ESTYMACJI Dwuwymarowa, dyskreta fukcja rozkładu rawdoodobeństwa, Rozkłady brzegowe warukowe, Kowaracja wsółczyk korelacj, Korelacja ezależość, Prosta regresj, Regresja ortogoala, Poulacja, Próba losowa, Estymator, Estymacja

2 Zmea losowa Przez zmeą losową dwuwymarową będzemy rozumel taką arę fukcj (e) Y(e) określoych a rzestrze zdarzeń elemetarych, że dla każdej ary lczb rzeczywstych x, y moża określć rawdoodobeństwo zastea zdarzea A takego że: P A P x, Y y Dwuwymarowa zmea losowa jest zmeą dyskretą jeśl składowe Y mają skończoy lub rzelczaly zbór wartośc. 1.Zmea losowa. Rozkład dystrybuata AGH, Tarasuk 013

3 Rozkład dystrybuata Rozkładem rawdoodobeństwa dwuwymarowej dyskretej zmeej losowej azywamy zbór rawdoodobeństwa wszystkch zdarzeń (=x, Y=y j ): P Gdze =1, oraz j=1, x, Y y j j Z waruków ormalzacj wyka, że: j j 1.Rozkład dystrybuata Dystrybuatą takej zmeej losowej będze fukcja: F x, y P( x, Y y) 3 AGH, Tarasuk 013

4 Rozkłady brzegowe Rozkłady brzegowe w rzyadku dwuwymarowej dyskretej zmeej losowej defujemy jako: k k Rozkłady brzegowe określają rawdoodobeństwo, że jeda ze zmeych losowych rzyjme jakąś wartość, ezależe od tego jaką wartość rzyjmuje druga zmea losowa. x j kj k P j P Y y j. Rozkład dystrybuata 3.Rozkłady brzegowe 4 AGH, Tarasuk 013

5 Rozkłady warukowe Rozkłady warukowe w rzyadku dwuwymarowej dyskretej zmeej losowej defujemy jako: P x Y P Y y Rozkłady brzegowe określają rawdoodobeństwo, że jeda ze zmeych losowych rzyjme jakąś wartość, w sytuacj gdy druga rzyjmuje kokretą wartość (odaą w waruku). j y x k k k k kj k. Rozkład dystrybuata 4.Rozkłady warukowe 5 AGH, Tarasuk 013

6 Charakterystyk Mometem zwykłym rzędu r+s dwuwymarowej zmeej losowej (,Y) azywamy wartość oczekwaą loczyu zmeych losowych r Y s : Gdy s=0 r=1 to 10 =E, czyl jest to wartość oczekwaa zmeej. Gdy s=1 r=0 to 01 =EY, czyl jest to wartość oczekwaa zmeej Y. rs E r s Y j x r y s j j. Rozkład dystrybuata 5.Charakterystyk Pukt ( 10, 01 ) azywamy środkem masy rozkładu rawdoodobeństwa dwuwymarowej zmeej losowej (,Y). Gdy E(Y)=EEY to zmee Y są ezależe. 6 AGH, Tarasuk 013

7 Charakterystyk Mometem cetralym rzędu r+s dwuwymarowej zmeej losowej (,Y) azywamy wartość oczekwaą loczyu zmeych losowych (-E) r (Y-EY) s : rs rs E r E Y EY j r x E y EY Gdy s=0 r= to 0 =D, czyl jest to waracja zmeej. Gdy s= r=0 to 0 =D Y, czyl jest to waracja zmeej Y. s s j. Rozkład dystrybuata 5.Charakterystyk Gdy s=1 r=1 to 11 =cov(,y) co azywamy kowaracją zmeych losowych,y. Pomędzy owyższym welkoścam steją bardzo użytecze zwązk: D =E( )-(E) D Y=E(Y )-(EY) cov(,y)=e(y)-eey 7 AGH, Tarasuk 013

8 Charakterystyk Wsółczykem korelacj dwuwymarowej zmeej losowej (,Y) azywamy: Oczywśce D a D Y e mogą być rówe zeru. Jeżel =1 to zaczy, że zmee Y zwązae są ścsłą relacją Y=a+b, rzy czym a jest dodate. Podobe, gdy =-1, tylko a jest wówczas ujeme. cov D, Y D Y. Rozkład dystrybuata 5.Charakterystyk Im wartość jest blższa 1 lub -1 tym częścej zmee losowe Y sełają relację lowej zależośc. Mówmy wówczas, że zmee są sle lub słabo skorelowae. Wartość wsółczyka =0 ozacza brak korelacj. 8 AGH, Tarasuk 013

9 Korelacja ezależość Jeżel E(Y)=EEY to zmee Y są ezależe. Poeważ kowaracja: cov(,y)=e(,y)-eey to jeżel zmee są ezależe, to ch kowaracja jest rówa 0, w kosekwecj wsółczyk korelacj =0, czyl zmee są eskorelowae. Jeżel zmee losowe są ezależe to są eskorelowae, ale jeżel są eskorelowae to e muszą być ezależe! Jeżel zmee losowe są skorelowae, to są róweż zależe. Jeżel zmee losowe Y są ezależe, to zachodzą róweż zwązk: F j j x, y F x F y Y. Rozkład dystrybuata 6.Korelacja ezależość Zmee eskorelowae Zmee ezależe 9 AGH, Tarasuk 013

10 Prosta regresj Prostą regresj drugego rodzaju zmeej losowej Y względem zmeej losowej azywamy rostą o rówau y=ax+b, której wsółczyk a b są tak dobrae, aby średe odchylee kwadratowe zmeej losowej Y od zmeej losowej a+b było ajmejsze: Moża wykazać, że wsółczyk takej rostej dadzą sę wylczyć jako: a a b m E Y D Y D b EY a E Y. Rozkład dystrybuata 7.Prosta regresj 10 AGH, Tarasuk 013

11 Regresja ortogoala Dla dowolych zmeych Y steje zawsze rzekształcee lowe, srowadzające te zmee do ostac, w której wsółczyk korelacj omędzy zmeym rówa sę zeru. Przekształcee to ma ostać: Y rzy czym: * * E cos Y EY s E s Y EY cos cov, Y tg D D Y. Rozkład dystrybuata 8.Regresja ortogoala y EY tg x E 11 AGH, Tarasuk 013

12 Próba losowa oulacja Badaa wyczerujące (całkowte) ewyczerujące (częścowe). Poulacja geerala oulacja róba. Próba rerezetatywa: losowy wybór z oulacj geeralej dostatecza lczość róby Ocey arametru oulacj geeralej dokoujemy a odstawe omarów w oulacj róbej. Prawdzwość ocey arametru oulacj geeralej a odstawe róby jest zdarzeem losowym.. Rozkład dystrybuata 9.Próba losowa oulacja Wartość tego rawdoodobeństwa zależy od welkośc róby oraz od dokładośc ocey. 1 Podstawy estymacj AGH, Tarasuk 013

13 Parametr rozkładu jego Parametr Estymator Wartość oczekwaa E x 1. Rozkład dystrybuata Waracja D x E S * 1 1 Prawdoodobeństwo sukcesu (wskaźk struktury) k ^ k 13 Podstawy estymacj AGH, Tarasuk 013

14 Estymacja rzedzałowa Jeśl 1 ma rozkład N,, to x ma rozkład Po zormalzowau, zmea rozkładow N(0,1). będze odlegać Możemy zaleźć eskończee wele rzedzałów, w których zmea ta zajdze sę z rawdoodobeństwem 1-α : P U 1 u U u u 1 1 u1 N,. Rozkład dystrybuata 11. Estymacja rzedzałowa P u u 1 u1 u 1 1 P u 1 u 1 u 1 u Podstawy estymacj AGH, Tarasuk 013

15 AGH, Tarasuk 013 Estymacja rzedzałowa Tylko jede z tych rzedzałów będze symetryczy. Tak dla którego: 1, a wówczas możemy owedzeć, że rzedzał: u1, u1 z rawdoodobeństwem 1-α okrywa rawdzwą wartość oczekwaą µ dla badaego rozkładu. Jeśl e zamy waracj σ to musmy ją estymować: * 1 S x x 1 1 wówczas rzedzał wygląda astęująco: u1 * * S S, u1. Rozkład dystrybuata 11. Estymacja rzedzałowa Oba owyższe rzedzały to tzw. rzedzały ufośc dla wartośc oczekwaej rozkładu a ozome ufośc 1- α.