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社会统计学:了解假设检验的基本原理与概念

时间:2023-08-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了更好地学习掌握假设检验的方法和步骤,需要对假设检验的基本原理做一个介绍。假设检验的分析方法主要包含两条基本的原理:带概率性质的反证法原理和小概率事件原理。这一类判断错误,称为假设检验的第一类错误,即拒真错误。假设检验采用的是一种带概率性质的反证法。结合上述例8.1,给出以下几个在假设检验中经常涉及的概念。

社会统计学:了解假设检验的基本原理与概念

假设检验是帮助解决实际问题的工具,应用假设检验可以更好地分析问题。

例如:原冷拉钢筋生产线上生产的钢筋平均抗拉强度为2 000 kg,标准差为300 kg。现在希望钢筋平均抗拉强度能有所提高。 生产线经过改进后,在新生产的一批钢筋中随机抽取了25 根,测得钢筋平均抗拉强度为2 150 kg。 问:能否断言,钢筋平均抗拉强度确有提高?

对于这样一个现实问题,往往比较棘手。 有人可能会说:随机抽取的样本平均值为2 150 kg,比生产线改进前的抗拉强度均值2 000 kg 提高了150 kg,当然是提高了。 但如果仔细想一下的话,你会发现:这种结论还是可能有些问题的。 抽样是有误差的,这次抽样的样本均值为2 150 kg。 如果再随机抽取另一个样本进行观测,其均值还是2 150 kg吗? 进一步来讲,这次抽样的样本均值超过了2 000 kg,能否确定每次随机抽样的均值都超过2 000 kg? 这是一个值得探讨的问题。

如果仅凭一次抽样的样本均值大于2 000 kg,就判定总体均值超过了2 000 kg,即生产线改进后,生产的钢筋抗拉强度比以前更好。 这种结论的得出,还有待进一步商榷。上述这种一次样本抽样估计出的总体未知参数,就是之前介绍的点估计。 这种方法并没有给出估计结果可靠程度的度量指标,当然也就不知道把握性有多大了。

现在,希望把这一问题转化为一个统计问题,应用统计工具得到统计问题的答案。然后再把统计问题的答案转换成实际问题的答案。 对于这种问题,合适的统计工具就是本章要介绍的假设检验。

为了更好地学习掌握假设检验的方法和步骤,需要对假设检验的基本原理做一个介绍。 假设检验的分析方法主要包含两条基本的原理:带概率性质的反证法原理和小概率事件原理。

带概率性质的反证法原理。 反证法(Proof by Contradiction),又称为归谬法。 其证明过程大致如下:先假定命题结论的反面成立;在这个前提下,如果推出的结果与定义、公理、定理相矛盾,或与命题中的已知条件相矛盾,或与假定相矛盾;从而得出命题结论的对立面不成立,由此断定原命题成立。

假设检验所使用的反证法与此前接触的反证法最大的不同在于,假设检验的反证法是以概率为判断基础的反证法,即以概率大小来判断命题是否成立。

小概率事件原理。 如何判断抽样结果是否合乎常理呢? Fisher(费歇尔)提出了p 值这个概念,用来表示在原假设成立的条件下,抽样结果不合理的概率。 他还给出了一个判决点,即0.05,Fisher 认为p 值小于1/20 就足以拒绝原假设了。

一般认为:在一次随机抽样(试验)中,小概率事件几乎不可能发生。 如果发生了,则说明事先的假设(原假设H0)是错误的。 注意,小概率事件在一次随机抽样(试验)中几乎不可能发生,但并不是一定不会发生。 这说明即使是一次抽样,小概率事件仍有可能发生,只是发生的可能性很小而已。 也就是说上述判断存在判断错误的可能性,只是判断错误的可能性很小而已。

上述判断错误发生,即下面情况发生:原假设H0 是正确的,但在一次随机抽样(试验)中,小概率事件发生了。 以概率反证法得出了如下结论:原假设H0 是错误的,即拒绝接受原假设H0。 这一类判断错误,称为假设检验的第一类错误,即拒真错误。 用公式表示如下:

在标准的假设检验中,除了上述判断错误外,还有另一种可能的判断错误发生。 这就是α 和β 风险,后面详细介绍。(www.xing528.com)

【例8.1】 某厂生产干电池,根据长期的资料知道,干电池的寿命服从正态分布,α =5 小时,要求平均寿命μ=200 小时,今对一批产品抽查了10 个样品,测得寿命的数据如下(单位:小时):201,208,212,197,205,209,194,207,199,206。 问这批干电池的平均寿命是否是200 小时?

分析:设干电池的寿命为X,X~N(μ,52),现在的问题是:μ 是否等于200。

由以上分析:假设检验的思想方法是一种反证法。 根据“小概率事件在一次试验中不会发生”,如果小概率事件在一次试验中发生了,则认为原假设不成立(先假设结论成立,然后在这个结论成立的条件下进行推导和运算)。 假设检验采用的是一种带概率性质的反证法。

结合上述例8.1,给出以下几个在假设检验中经常涉及的概念。

定义1 称H0:μ=200 为原假设或零假设。 把相反的结论称作备择假设或对立假设,记作H0:μ≠200。

定义2 称α(0<α<1)为显著性水平,常取α=0.05、0.10、0.01 等。

图8.1 拒绝域与临界点

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