Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

Podobne dokumenty
Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

WNIOSKOWANIE W MODELU REGRESJI LINIOWEJ

Wykład 10 Estymacja przedziałowa - przedziały ufności dla średn

Estymacja przedziałowa - przedziały ufności dla średnich. Wrocław, 5 grudnia 2014

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 3 - model statystyczny, podstawowe zadania statystyki matematycznej

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

Estymacja parametrów rozkładu cechy

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

Centralne twierdzenie graniczne

STATYSTYKA MATEMATYCZNA dla ZPM I dr inż Krzysztof Bryś wyk lad 1,2 KLASYCZNY RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA

Matematyka z el. statystyki, # 6 /Geodezja i kartografia II/

Pobieranie prób i rozkład z próby

LABORATORIUM Populacja Generalna (PG) 2. Próba (P n ) 3. Kryterium 3σ 4. Błąd Średniej Arytmetycznej 5. Estymatory 6. Teoria Estymacji (cz.

Rozkłady statystyk z próby

Rozkłady statystyk z próby. Statystyka

1.1 Wstęp Literatura... 1

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 7 i 8 - Efektywność estymatorów, przedziały ufności

ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA WYBRANYCH PARAMETRÓW

Statystyka matematyczna Testowanie hipotez i estymacja parametrów. Wrocław, r

Metody Statystyczne. Metody Statystyczne.

1 Podstawy rachunku prawdopodobieństwa

Wykład Centralne twierdzenie graniczne. Statystyka matematyczna: Estymacja parametrów rozkładu

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA I STATYSTYKA. Spis pojȩċ teoretycznych

Testowanie hipotez statystycznych

STYSTYSTYKA dla ZOM II dr inż Krzysztof Bryś Wykad 1

Statystyka matematyczna. Wykład III. Estymacja przedziałowa

Statystyka i opracowanie danych Podstawy wnioskowania statystycznego. Prawo wielkich liczb. Centralne twierdzenie graniczne. Estymacja i estymatory

Dokładne i graniczne rozkłady statystyk z próby

Wnioskowanie statystyczne. Statystyka w 5

Testowanie hipotez statystycznych.

STATYSTYKA wykład 5-6

Statystyka matematyczna. Wykład IV. Weryfikacja hipotez statystycznych

1 Estymacja przedziałowa

Testowanie hipotez statystycznych

Statystyka i eksploracja danych

Rozkłady prawdopodobieństwa zmiennych losowych

MATEMATYKA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI LABORATORIUM KOMPUTEROWE DLA II ROKU KIERUNKU ZARZĄDZANIE I INŻYNIERIA PRODUKCJI ZESTAWY ZADAŃ

... i statystyka testowa przyjmuje wartość..., zatem ODRZUCAMY /NIE MA POD- STAW DO ODRZUCENIA HIPOTEZY H 0 (właściwe podkreślić).

Zmienne losowe, statystyki próbkowe. Wrocław, 2 marca 2015

Wykład 5 Estymatory nieobciążone z jednostajnie minimalną war

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD października 2009

Testowanie hipotez statystycznych

Błędy przy testowaniu hipotez statystycznych. Decyzja H 0 jest prawdziwa H 0 jest faszywa

Wykład 1 Próba i populacja. Estymacja parametrów z wykorzystaniem metody bootstrap

WYKŁAD 5 TEORIA ESTYMACJI II

Wykład 1 Zmienne losowe, statystyki próbkowe - powtórzenie materiału

Metody probabilistyczne

Estymacja punktowa i przedziałowa

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 9 i 10 - Weryfikacja hipotez statystycznych

Procesy Stochastyczne - Zestaw 1

O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

Statystyka w przykładach

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

Zad. 4 Należy określić rodzaj testu (jedno czy dwustronny) oraz wartości krytyczne z lub t dla określonych hipotez i ich poziomów istotności:

Na A (n) rozważamy rozkład P (n) , który na zbiorach postaci A 1... A n określa się jako P (n) (X n, A (n), P (n)

Definicja 1 Statystyką nazywamy (mierzalną) funkcję obserwowalnego wektora losowego

Przykład 1 W przypadku jednokrotnego rzutu kostką przestrzeń zdarzeń elementarnych

Metody probabilistyczne

Testowanie hipotez dla proporcji. Wrocław, 13 kwietnia 2015

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

PODSTAWY WNIOSKOWANIA STATYSTYCZNEGO czȩść I

Testowanie hipotez dla frakcji. Wrocław, 29 marca 2017

Statystyczna analiza danych w programie STATISTICA 7.1 PL (wykład 1) Dariusz Gozdowski

Wstęp do probabilistyki i statystyki. Wykład 4. Statystyki i estymacja parametrów

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

STATYSTYKA MATEMATYCZNA ZESTAW 0 (POWT. RACH. PRAWDOPODOBIEŃSTWA) ZADANIA

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA I STATYSTYKA MATEMATYCZNA

Statystyka matematyczna

Powtórzenie wiadomości z rachunku prawdopodobieństwa i statystyki.

Wykład 3 Testowanie hipotez statystycznych o wartości średniej. średniej i wariancji z populacji o rozkładzie normalnym

Wykład 4. Plan: 1. Aproksymacja rozkładu dwumianowego rozkładem normalnym. 2. Rozkłady próbkowe. 3. Centralne twierdzenie graniczne

Weryfikacja hipotez statystycznych, parametryczne testy istotności w populacji

Elementy Rachunek prawdopodobieństwa

LABORATORIUM 6 ESTYMACJA cz. 2

Zadania ze statystyki, cz.7 - hipotezy statystyczne, błąd standardowy, testowanie hipotez statystycznych

Weryfikacja hipotez statystycznych

6. Zmienne losowe typu ciagłego ( ) Pole trapezu krzywoliniowego

Testowanie hipotez statystycznych

Testowanie hipotez statystycznych.

Komputerowa Analiza Danych Doświadczalnych

Spis treści 3 SPIS TREŚCI

Analiza niepewności pomiarów

Statystyczna analiza danych

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 4. Testowanie hipotez Estymacja parametrów

LABORATORIUM 9 WERYFIKACJA HIPOTEZ STATYSTYCZNYCH PARAMETRYCZNE TESTY ISTOTNOŚCI

Rozkład normalny. Marcin Zajenkowski. Marcin Zajenkowski () Rozkład normalny 1 / 26

Metoda momentów i kwantyli próbkowych. Wrocław, 7 listopada 2014

Elektrotechnika II [ Laboratorium Grupa 1 ] 2016/2017 Zimowy. [ Laboratorium Grupa 2 ] 2016/2017 Zimowy

SIMR 2017/18, Statystyka, Przykładowe zadania do kolokwium - Rozwiązania

Metody probabilistyczne

Statystyka. #5 Testowanie hipotez statystycznych. Aneta Dzik-Walczak Małgorzata Kalbarczyk-Stęclik. rok akademicki 2016/ / 28

Rozkłady prawdopodobieństwa

BADANIE POWTARZALNOŚCI PRZYRZĄDU POMIAROWEGO

Prawdopodobieństwo i statystyka

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 11 i 12 - Weryfikacja hipotez statystycznych

Tablica Wzorów Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyki

Hipotezy statystyczne

Wykład 3 Hipotezy statystyczne

LISTA 4. 7.Przy sporządzaniu skali magnetometru dokonano 10 niezależnych pomiarów

Transkrypt:

29 marca 2011

Przestrzeń statystyczna - podstawowe zadania statystyki Zdarzeniom losowym określonym na pewnej przestrzeni zdarzeń elementarnych Ω można zazwyczaj na wiele różnych sposobów przypisać jakieś prawdopodobieństwa. Trójka (Ω, F, P), gdzie P jest rodzina funkcji prawdopodobieństwa nazywamy przestrzenia statystyczna.

Przestrzeń statystyczna s luży do opisu możliwych mechanizmów rzadz acych eksperymentem losowym. Wybór przestrzeni statystycznej jest zazwyczaj kompromisem miedzy prostota modelu a jego adekwatnościa.

Przyk lad Oznaczmy przez p prawdopodobieństwo otrzymania or la przy jednokrotnym rzucie moneta. Wówczas Ω = {O, R}, F = {, {O}, {R}, {O, R}} oraz P = {p : 0 p 1}

Jednym z podstawowych zadań statystyki jest podanie metod, które umożliwiaja identyfikacje rozk ladu prawdopodobieństwa, rzadz acego eksperymentem losowym, na podstawie obserwacji jego wyniku X

Poj ecie próby prostej i statystyki W dalszej cześci wyk ladu zostanie pokazane, że wielokrotne powtarzanie eksperymentu może znacznie u latwić identyfikacje opisujacego go rozk ladu prawdopodobieństwa. Zebrane wyniki eksperymentu np. X 1, X 2,... X n (gdzie X 1, X 2,... (zmienne losowe)) nazywamy próba losowa Jeżeli rozk lady zmiennych losowych X 1, X 2,... X n sa niezależne, to mamy do czynienia z prosta próba losowa.

Przyk lady prób losowych 1 wyniki rzutów moneta; 2 wyniki rzutów kostka; 3 czas obs lugi klientów przy kasie; 4 d lugość piór pawia.

Poj ecie próby prostej i statystyki Z każda próba losowa można zwiazać funkcje T o wartościach rzeczywistych, każda taka funkcje nazywamy statystyka

Przyk lady statystyk 1 X 2 S 2 = 1 n ni=1 (X i X ) 2 3 mo, me, d, X min, X max.

Przyk lady statystyk Średnia z próby Niech X 1, X 2,... X n bedzie próba losowa. Średnia z próby nazywamy statystyke X n = 1 n X i n Uwaga i=1 Średnia jako funkcja próby losowej jest zmienna losowa

Podstawowe w lasności średniej z próby 1 Jeżeli EX 1 =... = EX n = µ, to E X n = µ 2 Jeżeli X 1,..., X n jest próba prosta oraz EX i = µ i VarX i = σ 2 < dla i = 1, 2,..., n, to Var X n = Var( 1 ni=1 n X i ) = 1 n σ2 3 Jeżeli X 1, X 2,..., X n sa zmiennymi losowymi z rozk ladu normalnego N(µ, σ), to X jest zmienna losowa o rozk ladzie N(µ, σ/ n)

Rozk lad normalny w lasności średniej z próby - interpretacja 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 N(0,1) N(0,0.5) N(0,0.25) 4 2 0 2 4

W lasności średniej - prawo wielkich liczb Niech X bedzie zmienna losowa taka, że EX = µ i o skończonej wariancji i niech X 1,..., X n bedzie prosta próba losowa z rozk ladu zmiennej X. Wówczas X n E[X ] gdy n.

Przyk lad zastosowania prawa wielkich liczb - rzut moneta Nich X 1, X 2,... X n, bed a to wyniki kolejnych rzutów moneta. Z prawa wielkich liczb wiemy, że X E[X ] = p. Stad średnia arytmetyczna z próby jest oszacowaniem (estymatorem) parametru p.

Zadanie Wygeneruj n-krotny rzut moneta dla n = 50, 500, 5000. Oblicz średnia dla każdego z tych przypadków a nastepnie porównaj wyniki.

Uwaga Prawo wielkich liczb nie daje żadnej odpowiedzi na pytanie jak liczna powinna być próba aby przybliżenie nieznanej wartości oczekiwanej by lo dobre.

Estymacja przedzia lowa W praktyce zdarza si e, że zamiast szacowania wartości nieznanego parametru (przy pomocy estymatorów) decydujemy si e na podanie przedzia lu, do którego z pewnym prawdopodobieństwem należy szacowany przez nas parametr.

Problem Oszacowanie parametru µ na podstawie próby X 1, X 2,..., X n z rozk ladu N (µ, σ). Uwaga Rozpatrujemy dwa przypadki 1 parametr σ jest znany (rzadko spotykany w praktyce); 2 parametr σ nie jest znany (przypadek cz esto spotykany w praktyce).

Przypadek nr. 1 Niech X 1, X 2,..., X n b edzie to próba losowa z rozk ladu N(µ, σ) przy czym parametr µ jest nieznany natomiast parametr σ jest znany. Po serii latwych przekszta lceń :) otrzymujemy: P( X a α σ/ n µ X + a α σ/ n) = 1 α. Jest to przedzia l ufności dla parametru µ utworzony na podstawie próby losowej X 1, X 2,... X n na poziomie istotności 1 α Uwaga a α jest to wartość kwantyla (rz edu 1 α/2) z rozk ladu normalnego N(0, 1).

Przypadek nr. 2 Niech X 1, X 2,..., X n b edzie to próba losowa z rozk ladu N(µ, σ) przy czym parametr µ oraz parametr σ jest nieznany. Przypadek ten jest nieco trudniejszy i wymaga szczypty wiedzy matematycznej. Podzielimy ten przypadek na dwa tzn. Przypadek nr.2a oraz Przypadek nr. 2b.

Przypadek nr. 2a Niech X 1, X 2,..., X n gdzie n 30 b edzie to próba losowa z rozk ladu N(µ, σ) przy czym parametr µ oraz parametr σ jest nieznany.

Przypadek 2a szczypta matematyki Niech X 1, X 2,..., X n bedzie próba prosta z rozk ladu normalnego N(µ, σ) o nieznanych µ i σ. Zmienna losowa t = X µ S n 1 n ma rozk lad t Studenta o n 1 stopniach swobody ( S n 1 = 1 n 1 ni=1 (X i X ) 2 ).

Przypadek nr. 2a Po serii latwych przekszta lceń :) otrzymujemy: P( X t(α, n 1)S n 1 / n µ X +t(α, n 1)S n 1 / n) = 1 α. Jest to przedzia l ufności dla parametru µ utworzony na podstawie próby losowej X 1, X 2,... X n na poziomie istotności 1 α Uwaga t(α, n 1) oznacza kwantyl rz edu α/2 z rozk ladu studenta z n 1 stopniami swobody.

Przypadek nr. 2b Niech X 1, X 2,..., X n b edzie to próba losowa (n- duże ) z rozk ladu N(µ, σ) przy czym parametr µ oraz parametr σ jest nieznany. Uwaga Przypadek ten traktujemy tak jak przypadek nr. 1 z tym, że we wzorze zamiast parametru σ stosujemy: S n = 1 n n (X i X ) 2. i=1

Problem Pytanie Co zrobić gdy nasze obserwacje nie pochodza z rozk ladu normalnego? Możliwe odpowiedzi 1 w przypadku ma lej próby możemy napisać list do św. Miko laja (w wiadomej sprawie); 2 w przypadku licznej próby możemy użyć Centralnego Twierdzenia Granicznego.

Rozk lad średnich z próby i b l ad standardowy Wniosek z Centralnego Twierdzenia Granicznego Jeśli z populacji o jakimkolwiek rozk ladzie ze średnia µ i odchyleniem standardowym σ pobieramy próby o dużej liczebności N, to rozk lad średnich z tych prób bedzie rozk ladem normalnym o średniej µ i odchyleniu standardowym σ/ N. Zatem dla dowolnych a, b, a b i zmiennej losowej Z o standardowym rozk ladzie normalnym zachodzi P(a X µ σ/ n b) P(a Z b) = Φ(b) Φ(a) dla n daż acych do nieskończoności, gdzie Φ jest funkcja dystrybuanty standardowego rozk ladu normalnego.

Uwaga 1 Nie ma uniwersalnej regu ly mówiacej dla jak dużych n przybliżenie prawdopodobieństwa P(a X µ σ/ b) przez n rozk lad normalny jest dobre

Zadanie Rzucamy 200 razy nieznana moneta. Podaj przedzia l ufności dla parametru p na poziomie ufności 0.95.

Odpowiedź Stosujemy wzór: P( X a α σ/ n p X + a α σ/ n) = 1 α. przy czym za σ wstawiamy X (1 X ).

Zadanie W celach antropometrycznych wylosowano n = 400 studentów i dokonano pomiarów, mierzac miedzy innymi d lugość ich stopy. Otrzymano z tej próby x = 26.4 oraz s = 1.7 cm. Znajdź 0.90 przedzia l ufności dla średniej d lugości stopy.

Przedzia l ufności dla wariancji W badaniach statystycznych wariancja należy do najcześciej szacowanych parametrów. Gdy obserwacje pochodza z rozk ladu normalnego, wtedy można zbudować przedzia l ufności dla wariancji σ 2.

Podstawowe wyjaśnienia Najcześciej używanymi estymatorami wariancji sa statystyki określone wzorami: S n = 1 n (X i X ) n 2. oraz i=1 S n 1 = 1 n (X i X ) n 1 2. i=1

Przypadek nr. 1 Niech X 1, X 2,..., X n (n 30) b edzie to próba losowa z rozk ladu N(µ, σ) przy czym parametr µ oraz parametr σ jest nieznany. Po serii latwych przekszta lceń :) otrzymujemy: P( ns2 n c 2 σ 2 ns2 n c 1 ) = 1 α. gdzie c 1 oraz c 2 sa wartościami kwantyli rozk ladu χ 2 z n 1 stopniami swobody. Spe lniajacymi warunki: P(χ 2 < c 1 ) = 1 2 α oraz P(χ 2 c 2 ) = 1 2 α.

Zadanie W celu oszacowania dok ladności pewnego przyrzadu pomiarowego dokonano nim 5 niezależnych pomiarów d lugości pewnego odcinka i otrzymano nastepuj ace wyniki: 15.15, 15.20, 15.04, 15.14, 15.22. Przyjmujac wspó lczynnik ufności 0.98 zbudować przedzia l ufności dla nieznanej wariancji pomiarów tym przyrzadem.