包括:对总体的未知参数进行估计、对关于参数的假设进行检查、对总体进行预测预报等。统计推断是通过样本推断总体的统计方法,总体是通过总体分布的数量特征反映的。
统计推断是指根据带随机性的观测数据以及问题的条件和假定,对未知事物作出的,以概率形式表述的推断。
科学的统计推断所使用的样本通常是通过随机抽样方法得到的,统计推断是数理统计学的主要任务。
统计推断的基本问题可分为:参数估计问题、假设检验问题,统计推断的理论和方法论基础:概率论和数理统计学。
统计学中常见的4种抽样分布及其分布曲线(Python绘制)
现代统计学奠基人之一、英国统计学家费希尔(Fisher)曾把抽样分布、参书估计和假设检验看作统计推断的三大中心内容。
统计学中,需要研究统计量的性质,并评价一个统计推断的优良性,而这些取决于其抽样分布的性质,所以,抽样分布是统计学中的重要内容。
统计学中常见的抽样分布有4种:正态分布、卡方分布、t分布、F分布,后面三大分布都是在正态分布的基础上推导出来的。
正态分布正态分布是最重要的一种分布,其分布曲线呈钟型,两头低,中间高,左右对称因其曲线呈钟形。
自然界中很多现象都是符合正态分布,比如:
正态分布的概率密度函数为:
其中,μ为均值,σ为标准差。
当μ=0,σ=1时,相应的正态分布N(0,1)称为标准正态分布。
通过Python可以很容易地绘制出标准正态分布的分布曲线图。
from pylab import mplmpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['FangSong'] # 指定默认字体mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 解决保存图像是负号'-'显示为方块的问题import numpy as npfrom scipy import statsimport matplotlib.pyplot as pltmu=0sigma=1x=np.arange(-5,5,0.1)y=stats.norm.pdf(x,0,1)plt.plot(x,y)plt.title("正态分布曲线:$\mu$=%.1f,$\sigma^2$=%.1f" % (mu,sigma))plt.ylabel("概率密度",fontsize=14)plt.show()
卡方分布卡方分布由阿贝(Abbe)于1863年首先提出的,并由Hermert(赫尔默特)和Pearson(皮尔逊)分别于1875年和1900年推导出来。
设置自由度为5,通过Python绘制出卡方分布的分布曲线图。
from scipy.stats import chi2 # 卡方分布df = 5 # 自由度x = np.linspace(chi2.ppf(0.01, df), # 绘制概率密度图 chi2.ppf(0.99, df), 100)plt.plot(x, chi2.pdf(x, df), alpha=0.6, label='chi2 pdf')plt.title(u'自由度为5时的卡方分布曲线图',fontsize=12)plt.show()
增大自由度到20,通过Python绘制出卡方分布的分布曲线图。
from scipy.stats import chi2 # 卡方分布df = 100 # 自由度x = np.linspace(chi2.ppf(0.01, df), # 绘制概率密度图 chi2.ppf(0.99, df), 100)plt.plot(x, chi2.pdf(x, df), alpha=0.6, label='chi2 pdf')plt.title(u'自由度为20时的卡方分布曲线图',fontsize=12)plt.show()
从上面可以看出,当自由度不断增大时,卡方分布趋于正态分布。
t分布t分布也称学生氏分布,由Gosset(戈赛特)于1908年以Student(学生)为笔名发表的论文中首次提出。
说明:据说当时他还在都柏林的健力士酿酒厂工作,不能以他本人的名义发表。
设置自由度为5,通过Python绘制出t分布的分布曲线图。
from scipy.stats import tdf = 5x = np.linspace(t.ppf(0.01, df), t.ppf(0.99, df), 100)plt.plot(x, t.pdf(x, df), alpha=0.6,label="t分布")plt.title('自由度为5时的t分布曲线图', fontsize=12)mu=0sigma=1x=np.arange(-5,5,0.1)y=stats.norm.pdf(x,0,1)plt.plot(x,y,label="正态分布")plt.legend(loc="best")plt.show()
增大自由度到15,通过Python绘制出t分布的分布曲线图。
from scipy.stats import tdf = 15x = np.linspace(t.ppf(0.01, df), t.ppf(0.99, df), 100)plt.plot(x, t.pdf(x, df), alpha=0.6,label="t分布")plt.title('自由度为15时的t分布曲线图', fontsize=12)mu=0sigma=1x=np.arange(-5,5,0.1)y=stats.norm.pdf(x,0,1)plt.plot(x,y,label="正态分布")plt.legend(loc="best")plt.show()
从上面可以看出,当自由度不断增大时,t分布趋于正态分布。
F分布F分布由统计学家费希尔(Fisher)首先提出,并以其姓氏的第一个字母命名的,所以叫F分布。
F分布在方差分析、回归分析的显著性检验中有着重要的应用。
可以看到,F分布有两个自由度,分别为第一自由度和第二自由度,而且它们的位置不可互换。
设置第一自由度为10,第二自由度为10,通过Python绘制出F分布的分布曲线图。
from scipy.stats import fdf1=10df2=10x = np.linspace(f.ppf(0.01,df1,df2), f.ppf(0.99,df1,df2), 1000)plt.plot(x, f.pdf(x,df1,df2), alpha=0.6)plt.title('第一自由度为10,第二自由度为10的F分布曲线图', fontsize=12)plt.show()
增大自由度,第一自由度为100,第二自由度为100,通过Python绘制出F分布的概率密度曲线图。
from scipy.stats import fdf1=100df2=100x = np.linspace(f.ppf(0.01,df1,df2), f.ppf(0.99,df1,df2), 1000)plt.plot(x, f.pdf(x,df1,df2), alpha=0.6)plt.title('第一自由度为100,第二自由度为100的F分布曲线图', fontsize=12)plt.show()
从上面可以看出,自由度会影响F分布的形态。
总结正态分布是核心,其他三大分布:卡方分布、t分布、F分布均由正态分布导出。
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