Проверка статистических гипотез

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

Проверка статистических гипотез является содержанием одного из обширных классов задач математической статистики[1].

Статистическая гипотеза — предположение о виде распределения и свойствах случайной величины, которое можно подтвердить или опровергнуть применением статистических методов к данным выборки[1].





Статистические гипотезы

Определения

Пусть в (статистическом) эксперименте доступна наблюдению случайная величина <math>X</math>, распределение которой <math>\mathbb{P}</math> полностью или частично неизвестно. Тогда любое утверждение, относительно <math>\mathbb{P},</math> называется статистической гипотезой. Гипотезы различают по виду предположений, содержащихся в них:

  • Статистическая гипотеза, однозначно определяющая распределение <math>\mathbb{P}</math>, то есть <math>H:\;\{\mathbb{P}= \mathbb{P}_0\}</math>, где <math>\mathbb{P}_0</math> какой-то конкретный закон, называется простой.
  • Статистическая гипотеза, утверждающая принадлежность распределения <math>\mathbb{P}</math> к некоторому семейству распределений, то есть вида <math>H:\;\{\mathbb{P}\in \mathcal{P}\}</math>, где <math>\mathcal{P}</math> — семейство распределений, называется сложной.

На практике обычно требуется проверить какую-то конкретную и, как правило, простую гипотезу <math>H_0</math>. Такую гипотезу принято называть нулевой. При этом параллельно рассматривается противоречащая ей гипотеза <math>H_1</math>, называемая конкурирующей или альтернативной.

Выдвинутая гипотеза нуждается в проверке, которая осуществляется статистическими методами, поэтому гипотезу называют статистической. Для проверки гипотезы используют критерии, позволяющие принять или опровергнуть гипотезу.

В большинстве случаев статистические критерии основаны на случайной выборке <math>(X_1,X_2,\dots,X_n)</math> фиксированного объема <math>n\geq 1</math> для распределения <math>\mathbb P</math>. В последовательном анализе выборка формируется в ходе самого эксперимента и потому её размер является случайной величиной (см. Последовательный статистический критерий).

Пример

Пусть дана независимая выборка <math>(X_1,\ldots,X_n) \sim \mathcal{N}(\mu, 1)</math> из нормального распределения, где <math>\mu</math> — неизвестный параметр. Тогда <math>H_0:\;\{\mu = \mu_0\}</math>, где <math>\mu_0</math> — фиксированная константа, является простой гипотезой, а конкурирующая с ней <math>H_1:\;\{\mu > \mu_0\}</math> — сложной.

Этапы проверки статистических гипотез

  1. Формулировка основной гипотезы <math>H_0</math> и конкурирующей гипотезы <math>H_1</math>.
  2. Задание уровня значимости <math>\alpha</math>, на котором в дальнейшем и будет сделан вывод о справедливости гипотезы. Он равен вероятности допустить ошибку первого рода.
  3. Расчёт статистики <math>\phi</math> критерия такой, что:
    • её величина зависит от исходной выборки <math>\mathbf{X}=(X_1,\ldots,X_n): \; \phi=\phi(X_1,\ldots,X_n) </math>;
    • по её значению можно делать выводы об истинности гипотезы <math>H_0</math>;
    • статистика <math>\phi</math>, как функция случайной величины <math>\mathbf{X}</math>, также является случайной величиной и подчиняется какому-то закону распределения.
  4. Построение критической области. Из области значений <math>\phi</math> выделяется подмножество <math>\mathbb{C}</math> таких значений, по которым можно судить о существенных расхождениях с предположением. Его размер выбирается таким образом, чтобы выполнялось равенство <math>P(\phi\in\mathbb{C})=\alpha</math>. Это множество <math>\mathbb{C}</math> и называется критической областью.
  5. Вывод об истинности гипотезы. Наблюдаемые значения выборки подставляются в статистику <math>\phi</math> и по попаданию (или непопаданию) в критическую область <math>\mathbb{C}</math> выносится решение об отвержении (или принятии) выдвинутой гипотезы <math>H_0</math>.

Виды критической области

Выделяют три вида критических областей:

  • Двусторонняя критическая область определяется двумя интервалами <math>(-\infty,\;x_{\alpha/2})\cup(x_{1-\alpha/2}\;+\infty)</math>, где <math>x_{\alpha/2},\; x_{1-\alpha/2}</math> находят из условий <math>P(\phi<x_{\alpha/2})=\frac{\alpha}{2}, \quad P(\phi<x_{1-\alpha/2})=1-\frac{\alpha}{2}</math>.
  • Левосторонняя критическая область определяется интервалом <math>(-\infty,\; x_\alpha)</math>, где <math>x_\alpha</math> находят из условия <math>P(\phi<x_\alpha)=\alpha</math>.
  • Правосторонняя критическая область определяется интервалом <math>(x_{1-\alpha},\;+\infty)</math>, где <math>x_{1-\alpha}</math> находят из условия <math>P(\phi<x_{1-\alpha})=1-\alpha</math>.

См. также

Напишите отзыв о статье "Проверка статистических гипотез"

Примечания

  1. 1 2 Ивановский Р. Теория вероятностей и математическая статистика. Основы, прикладные аспекты с примерами и задачами в среде Mathcad. — 528 с. — (Учебное пособие). — ISBN 978-5-9775-0199-.


К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

Отрывок, характеризующий Проверка статистических гипотез

Жюли собиралась на другой день уезжать из Москвы и делала прощальный вечер.
– Безухов est ridicule [смешон], но он так добр, так мил. Что за удовольствие быть так caustique [злоязычным]?
– Штраф! – сказал молодой человек в ополченском мундире, которого Жюли называла «mon chevalier» [мой рыцарь] и который с нею вместе ехал в Нижний.
В обществе Жюли, как и во многих обществах Москвы, было положено говорить только по русски, и те, которые ошибались, говоря французские слова, платили штраф в пользу комитета пожертвований.
– Другой штраф за галлицизм, – сказал русский писатель, бывший в гостиной. – «Удовольствие быть не по русски.
– Вы никому не делаете милости, – продолжала Жюли к ополченцу, не обращая внимания на замечание сочинителя. – За caustique виновата, – сказала она, – и плачу, но за удовольствие сказать вам правду я готова еще заплатить; за галлицизмы не отвечаю, – обратилась она к сочинителю: – у меня нет ни денег, ни времени, как у князя Голицына, взять учителя и учиться по русски. А вот и он, – сказала Жюли. – Quand on… [Когда.] Нет, нет, – обратилась она к ополченцу, – не поймаете. Когда говорят про солнце – видят его лучи, – сказала хозяйка, любезно улыбаясь Пьеру. – Мы только говорили о вас, – с свойственной светским женщинам свободой лжи сказала Жюли. – Мы говорили, что ваш полк, верно, будет лучше мамоновского.
– Ах, не говорите мне про мой полк, – отвечал Пьер, целуя руку хозяйке и садясь подле нее. – Он мне так надоел!
– Вы ведь, верно, сами будете командовать им? – сказала Жюли, хитро и насмешливо переглянувшись с ополченцем.
Ополченец в присутствии Пьера был уже не так caustique, и в лице его выразилось недоуменье к тому, что означала улыбка Жюли. Несмотря на свою рассеянность и добродушие, личность Пьера прекращала тотчас же всякие попытки на насмешку в его присутствии.
– Нет, – смеясь, отвечал Пьер, оглядывая свое большое, толстое тело. – В меня слишком легко попасть французам, да и я боюсь, что не влезу на лошадь…
В числе перебираемых лиц для предмета разговора общество Жюли попало на Ростовых.
– Очень, говорят, плохи дела их, – сказала Жюли. – И он так бестолков – сам граф. Разумовские хотели купить его дом и подмосковную, и все это тянется. Он дорожится.
– Нет, кажется, на днях состоится продажа, – сказал кто то. – Хотя теперь и безумно покупать что нибудь в Москве.
– Отчего? – сказала Жюли. – Неужели вы думаете, что есть опасность для Москвы?
– Отчего же вы едете?
– Я? Вот странно. Я еду, потому… ну потому, что все едут, и потом я не Иоанна д'Арк и не амазонка.
– Ну, да, да, дайте мне еще тряпочек.
– Ежели он сумеет повести дела, он может заплатить все долги, – продолжал ополченец про Ростова.
– Добрый старик, но очень pauvre sire [плох]. И зачем они живут тут так долго? Они давно хотели ехать в деревню. Натали, кажется, здорова теперь? – хитро улыбаясь, спросила Жюли у Пьера.
– Они ждут меньшого сына, – сказал Пьер. – Он поступил в казаки Оболенского и поехал в Белую Церковь. Там формируется полк. А теперь они перевели его в мой полк и ждут каждый день. Граф давно хотел ехать, но графиня ни за что не согласна выехать из Москвы, пока не приедет сын.
– Я их третьего дня видела у Архаровых. Натали опять похорошела и повеселела. Она пела один романс. Как все легко проходит у некоторых людей!
– Что проходит? – недовольно спросил Пьер. Жюли улыбнулась.
– Вы знаете, граф, что такие рыцари, как вы, бывают только в романах madame Suza.
– Какой рыцарь? Отчего? – краснея, спросил Пьер.
– Ну, полноте, милый граф, c'est la fable de tout Moscou. Je vous admire, ma parole d'honneur. [это вся Москва знает. Право, я вам удивляюсь.]
– Штраф! Штраф! – сказал ополченец.
– Ну, хорошо. Нельзя говорить, как скучно!
– Qu'est ce qui est la fable de tout Moscou? [Что знает вся Москва?] – вставая, сказал сердито Пьер.
– Полноте, граф. Вы знаете!
– Ничего не знаю, – сказал Пьер.
– Я знаю, что вы дружны были с Натали, и потому… Нет, я всегда дружнее с Верой. Cette chere Vera! [Эта милая Вера!]
– Non, madame, [Нет, сударыня.] – продолжал Пьер недовольным тоном. – Я вовсе не взял на себя роль рыцаря Ростовой, и я уже почти месяц не был у них. Но я не понимаю жестокость…
– Qui s'excuse – s'accuse, [Кто извиняется, тот обвиняет себя.] – улыбаясь и махая корпией, говорила Жюли и, чтобы за ней осталось последнее слово, сейчас же переменила разговор. – Каково, я нынче узнала: бедная Мари Волконская приехала вчера в Москву. Вы слышали, она потеряла отца?
– Неужели! Где она? Я бы очень желал увидать ее, – сказал Пьер.
– Я вчера провела с ней вечер. Она нынче или завтра утром едет в подмосковную с племянником.
– Ну что она, как? – сказал Пьер.