Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Binder1

.pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
30.03.2015
Размер:
2.59 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n ,

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Если при некотором n 1 M

 

то для

k n существует k t

ix keitxdF x ,

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

причем mk M k

0

и справедливо разложение характеристической функции

 

 

 

ik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

it

k

 

it

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

mk

 

n t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k!

n!

 

 

 

 

n t

 

 

 

 

 

 

n ,

n t 0

k 0

 

 

 

 

При этом

 

 

3M

 

 

 

при t 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема об единственности характеристической функции. Характеристическая функция случайной величины однозначно определяет ее функцию распределения, т.е. если двум функциям распределения соответствует одна и та же характеристическая функция, то они совпадают.

Примеры проверки композиционной устойчивости распределения.

1. Пусть

1, 2 – независимые

случайные величины, имеющие распределения

1 и

2 .Показать, что 1

2 1

2 .

 

Решение. Вычислим

2

t t

t e 1 1 eit e 2 1 eit e 1 2 1 eit .

 

 

1

 

1

 

2

 

2. Пусть

k -мерный вектор, имеющий многомерное нормальное распределение N m, ,C

прямоугольная матрица размера r k, d

r-мерный вектор-столбец. Показать, что случайный

вектор C d, получающийся из исходного в результате линейного преобразования, также имеет многомерное нормальное распределение N Cm d,C CT . (самостоятельно)

Восстановление распределения по ее характеристической функции

Теорема (формула обращения). 1. Пусть F x – функция распределения, которой соответствует характеристическая функция t . Тогда для любых a b

 

 

 

 

F b F a

1

 

 

c

e ita e itb

t dt.

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 c

c

it

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Если

 

t

 

dt , то распределение имеет плотность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x

 

e itx t dt .

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Связь между свойствами характеристической функции и свойствами распределения.

Опр. Случайная величина имеет решетчатое распределение с шагом h 0, если при некотором a Rсправедливо соотношение

P a kh 1.

1.Если случайная величина имеет плотность распределения f x , то t 0при t .

Пример. Вырожденному распределению, сосредоточенному в точке x a, соответствует характеристическая функция t eita. В этом случае t eita 1.

2. Случайная величина имеет решетчатое распределение с шагом h тогда и только тогда, когда

 

2

 

при некотором h 0..

ее характеристическая функция удовлетворяет равенству

 

 

 

1

h

 

 

 

 

 

3.Теорема Бохнера-Хинчина (определяет класс функций, которые могут быть

характеристическими). Пусть t ,t R

– непрерывная функция,

причем 0 1.

Для того,

чтобы t

была характеристической функцией необходимо

и достаточно, чтобы она была

неотрицательно

определенной,

т.е.

для

любых

k N, t1, ,tk

R,

z1, ,zk C

должно

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выполняться неравенство

tl tj

zl

z

j

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j,l 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сходомость последовательности случайных величин по распределению. ЦПТ

Опр. Последовательность случайных величин n

сходится по распределению к случайной

величине

 

 

 

при

 

 

 

 

 

 

 

d

 

последовательность

функций

 

 

n обозначение: n , если

распределения

F n

x

сходится

к функции

распределения

F x

в любой

точке ее

непрерывности.

Если N a, 2 ,

то говорят, что последовательность случайных величин

n асимптотически нормальна с параметрами

a, 2 обозначение: n а.н. .

Если при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n an

 

а.н. 0,1 ,

то говорят, что

последовательность случайных величин n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

асимптотически нормальна с параметрами an, n2 .

Связи с другими видами сходимости.

1.Из сходимости по вероятности следует сходимость по распределению.

2.Из сходимости по распределению к константе следует сходимость по вероятности.

3.Верна теорема непрерывности для последовательности случайных величин (векторов).

d

P

P

d

при n .

Пример 1. Если n , an

a, bn

b, то an

bn n a b

Пример 2. Пусть X0,X1, ,X - независимые случайные величины, которые имеют стандартное нормальное распределение. Найти при предельное распределение последовательности случайных величин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

X0

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xi2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

P

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

Решение. По ЗБЧ Хинчина

 

 

X

i

M

X

1

 

D

X

M

 

X

1

1 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись теоремой непрерывности, получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

X0

 

 

 

 

 

d

 

X0

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xi2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема непрерывности для характеристических функций.

 

 

 

 

d

 

 

t при n .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Если n , то n t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Если при n n t t , где t – непрерывная в точке 0 функция, то t

d

характеристическая функция некоторой случайной величины , причем n .

ЦПТ для НОРСВ. Пусть 1, , n – НОРСВ с M 1 a, D 1 2, Sn 1 n. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MSn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

n

na

 

а.н. 0,1 или

 

 

S

n

na

 

x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim P

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DSn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство. Пусть t

– характеристическая функция случайной величины

X

1 a

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристиками M X 0, D X

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

которая обладает

1, X t exp

 

.

Пользуясь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

свойствами характеристической функции, получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

Sn na t n

a

t 1 a t X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

it

 

m

 

it

m

 

 

it

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

n 2!

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 0

 

n 2! 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

1

n

 

 

 

o

 

 

 

 

 

2n

n

 

 

 

 

 

t

2

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp lim n 1

 

 

 

e

 

2 при n .

 

 

 

 

 

 

2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следствие (интегральная теорема Муавра-Лапласа). Пусть m A – частота события A в серии из n независимых повторных испытаний с вероятностью появления события A в каждом из них,

 

m A np

 

m A np

равной p P A . Тогда

 

 

 

а.н. 0,1 или lim P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

n

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство. Представим m A I1 A In A . Тогда

n

x x .

 

 

 

 

m A np

 

 

I

k

A nE I

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

0,1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а.н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

nD I

1

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P m1

m A

m2

m

2

np

 

m np

 

Следствие. При n

для

m1,m2 N

 

 

 

 

 

 

1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

Теорема Линдеберга. Имеется последовательность

 

серий

независимых

случайных

величин

1,n, , n,n,

 

имеющих

 

 

характеристики

 

 

 

 

ak,n M k,n , k2,n

 

D k,n

.

Если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sn k,n, Bn2

D Sn k2,n

и выполнено условие Линдеберга

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

k,n

a

k,n

2

 

 

 

 

k,n

a

k,n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 при n

0,

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

Sn ak,n

то

k 1

а.н.

0,1 .

Bn

Следствие (теорема Ляпунова). Если при n выполнено условие Ляпунова ( Ls – отношение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sn ak,n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ляпунова) Ls M

k,n

k,n

 

 

 

0 при некотором s 0,

то

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

а.н. 0,1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bn

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство. Проверим условие Линдеберга:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

k,n ak,n 2

 

 

 

 

k,n ak,n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

n

 

k,n ak,n 2 k,n ak,n s 2

 

 

k,n

ak,n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s 2

 

 

Bn

 

 

 

 

 

 

Bn

 

 

 

 

 

 

 

 

Bn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 n

 

k,n ak,n s

 

 

 

k,n ak,n

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.

 

 

 

s 2

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

s 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Многомерная центральная предельная теорема. Пусть

Z1,Z2,

последовательность

независимых случайных

векторов

со

средним

 

M Z1 a и

 

ковариационной матрицей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D Z1

. Тогда нормированная последовательность векторов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zi na

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

а.н.

0,

при n .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

Сходимость сумм случайных величин к

безгранично-делимым и устойчивым распределениям

Как ведет себя последовательность Sn an ?

bn

1.Если слагаемые имеют конечные дисперсии, то при известной нормировке предельное распределение нормальное.

2.Если дисперсии не существуют или при другой нормировке, то в схеме серий возможна сходимость к одному из безгранично-делимых распределений. В схеме НОРСВ – к одному из устойчивых.

Опр. Распределение с характеристической функцией t безгранично-делимо, если

t n t n .

Примеры. Пуассон, обобщенный Пуассон, гамма, Коши, др.

Опр. Распределение T устойчиво, если

 

 

 

 

 

1, 2 T 1 2 a b,

T

 

 

 

 

 

Примеры. Коши, нормальное, f x

 

1

 

x 3/2e

1

 

 

 

2x

(всего 4 с аналитически задаваемой

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

плотностью), др.

Если n – случайная величина, причем n P , то возможна сходимость к распределению, являющемуся смесью.

,A,P .

Основные понятия математической статистики (МС)

Математическая статистика – раздел математики, посвященный математическим методам сбора, систематизации, обработки и интерпретации статистических данных.

Назначение математической статистики – помочь исследователю в анализе и интерпретации статистических данных с ощутимой случайной изменчивостью.

Наиболее выдающиеся зарубежные статистики: Р. Фишер, Ю. Нейман, Э. Пирсон, А. Вальд и др.

Статистические данные в традиционном понимании – сведения о распределении каких– либо социально–экономических или демографических объектов по тем или иным показателям или признакам.

Также статистические данные – выборки из генеральной совокупности; числовая информация, извлекаемая из результатов выборочных обследований; любая система данных, однозначно описываемых эмпирическим распределением.

Объект исследования – одномерный или многомерный показатель , характеризующий состояние реального физического объекта или процесса.

В условиях стохастической неопределенности описать состояние объекта можно, используя вероятностную модель ,A,P .

Реально распределение P точно неизвестно, можно лишь указать семейство распределений P , которому принадлежит это распределение. Таким образом, реально приходится иметь

дело со статистической моделью (структурой)

Взависимости от мощности множества выделяют 2 типа статистических моделей: параметрические (если размерность параметрического множества конечна) и непараметрические (в противном случае).

Взависимости от наличия или отсутствия априорной информации о параметре различают байесовскую и небайесовскую статистические модели.

Основная задача МС – уменьшить неопределенность, имеющуюся в описании статистической модели, используя информацию, содержащуюся в статистических данных, уточнить структурустатистических моделей.

Частные задачи МС.

Установление закона распределения или числовых характеристик исследуемой случайной величины.

Построение прогнозов по результатам наблюдений.

Проверка гипотез.

Сравнение различных показателей по результатам наблюдений.

Принципиальная схема решения задач МС:

выбор статистической модели;

сбор статистических данных;

проверка адекватности выбранной модели имеющимся данным;

корректировка или применение построенной модели.

Генеральная совокупность – совокупность объектов, обладающих признаками (качественными или количественными), распределение которых в данной совокупности изучается статистическими методами на основании случайной выборки из нее. (Чибисов)

Генеральная совокупность – совокупность всех наблюдений, которые можно произвести при заданных условиях. (Айвазян)

Выражение «выборка из генеральной совокупности с функцией распределения F» употребляется как наглядный образ, обозначающий совокупность независимых случайных величин, имеющих общую функцию распределения F.

Выбор из конечной генеральной совокупности.

Выборка случайная, если любая из возможных выборок имеет одинаковую вероятность выбора.

Способы отбора элементов: повторный и бесповторный (соответственно бесповторная и повторная выборки).

Выбор из бесконечной генеральной совокупности. Предполагается, что показатель может быть измерен бесконечное число раз. Множество всех возможных результатов измерений – генеральная совокупность. Когда исследуются показатели конечного числа реальных объектов, к ним присоединяются показатели и тех объектов (мыслимых), которые могли существовать при данном комплексе условий.

Совокупность всех случайных величин, подлежащих измерению, выборка или план испытаний (случайного эксперимента).

Объем выборки – фиксированный n или случайный .

Выборка – часть генеральной совокупности. Элементы выборки – случайные величины. С содержательной точки зрения i–й элемент выборки – значение исследуемого показателя, которое будет получено в результате i–го измерения.

Реализация выборки – результаты наблюдений (часто также называют выборкой).

Обозначения:

X (X1, ,Xn) повторная выборка фиксированного объема n;

x x1, ,xn – результаты наблюдений.

Выборочное распределение

реализация

 

x1

 

x2

 

 

xn

относительная

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

частота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

n

 

 

 

 

 

Выборочное пространство X – множество значений выборки.

X,BX,PX – статистическая модель эксперимента.

Репрезентативная выборка представляет основные особенности генеральной совокупности.

Виды выборок:

случайная;

механическая (отбор с некоторым шагом);

стратифицированная (с отбором элементов из типических групп ГС);

серийная (гнездовая, групповая) – отбор серий, подвергаемых контролю.

Генеральное и выборочное средние (дисперсия; доля элементов, обладающих некоторым признаком А) в зависимости от того, определяются по генеральной совокупности или выборке.

Статистика – измеримая функция от выборки, не содержащая неизвестных параметров. Статистическая оценка – статистика, служащая приближением для исходного неизвестного значения оцениваемого параметра. Значениями статистической оценки служат или точки пространства оцениваемого параметра (точечная оценка), или его подмножества

(интервальная оценка).

Различные значения исследуемого показателя, полученные в ходе наблюдений, называются вариантами (вариант). Кратности вариант называют частотами.

Таблица значений вариант и их частот – статистический ряд исследуемого показателя.

Статистический ряд

Варианта

x1*

x2*

 

xk*

частота

n1

n2

 

nk

Таблица значений вариант и их относительных частот –таблица относительных частот:

Варианта

 

x1*

 

 

x2*

 

 

 

xk*

 

относительная

 

n1

 

 

n2

 

 

 

nk

 

частота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

также определяет выборочное распределение.

Группированная выборка (интервальные данные) – таблица, содержащая интервалы и частоты значений исследуемого показателя:

интервал

z

,z

 

z1,z2

 

z

k 1

,z

k

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

частота

n1

 

 

n2

 

nk

 

 

 

 

Вариационный ряд – элементы выборки в порядке возрастания. Порядковая статистика

функция от вариационного ряда (минимум, максимум, размах, квантиль, медиана, ранг). Ранг элемента выборки – номер, под которым этот элемент располагается в вариационном ряду.

Первичный анализ выборки (описательная статистика)

Состоит в вычислении характеристик выборки и изучении выборочного распределения. 1. Выборочным аналогом математического ожидания является

 

 

 

 

 

 

 

1

 

n

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

X i

выборочное среднее.

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

2. Выборочными аналогами дисперсии являются:

 

 

 

 

 

 

 

1

 

n

 

 

 

 

 

 

(2)

SX2

X i X

2 выборочная дисперсия;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

n

 

 

 

 

2

 

(3)

sX2

 

 

 

 

X i

 

 

несмещенная оценка дисперсии.

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1 i 1

 

 

 

 

 

 

3. Начальный момент k –го порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

n

 

(4)

 

 

X k

mk*

X ik .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

4. Центральный момент k -го порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

n

 

 

 

 

 

 

(5)

 

k*

X i X

k .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

5.Среднее квадратичное отклонение (стандартная ошибка) выборки

(6)SX SX2 .

6.Среднее относительное отклонение выборки (коэффициент вариации)

(7)VX SXX 100%.

7.Выборочная квантиль уровня p

 

X

,

 

если np дробное,

 

np 1

 

X

X

 

(8) x*p

 

 

np

np 1

,

если np целое.

 

2

 

 

 

 

8. Выборочная квантиль уровня 0,5 – медиана выборки x0,5* med X1, , X n , является серединой вариационного ряда.

9. Мода выборки Mo* X – варианта с наибольшей частотой.

10. Выборочные асимметрия и эксцесс:

K *

 

*

,

K *

 

*

3.

 

3

 

4

SX3

SX4

1

 

2

 

Числовые характеристики выборки по интервальным данным:

1. Среднее

 

 

 

 

 

1

k

 

 

(9)

 

 

 

 

X i*ni .

 

 

X

И

 

 

 

 

 

2. Дисперсия

 

 

n i 1

 

 

1

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10)

SИ2

X i* X

И 2ni .

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

X i*

– середина i–го интервала группировки,

 

 

ni

– частота попадания элементов выборки в этот интервал.

 

 

Аналитическое и графическое описание выборки

X1, , X n :

Эмпирическая функция распределения случайной величины по выборке

 

 

 

F x

число элементов выборки, значения которых x

.

 

 

 

 

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание.

mk*

xk dFn x .

 

 

Гистограмма (относительных частот, частот) – столбчатая диаграмма.

Гистограмму обычно строят на промежутке a;b , границы – минимальное и максимальное значения вариационного ряда. Количество столбцов гистограммы по формуле Стэрджеса:

k log2 n 1. Ширина

столбца гистограммы равна

b a

. Высота i–го столбца

k

 

ni

 

 

 

гистограммы равна h

 

, его площадь равна относительной частоте попадания элементов

 

 

i

n

 

 

 

выборки в основание столбца.

Полигон относительных частот для выборки из распределения дискретной случайной величины – изображение выборочного распределения в виде вертикальных отрезков. Полигон относительных частот для выборки из распределения непрерывной случайной величины – ломаная линия, соединяющая середины отрезков верхней огибающей гистограммы.

Пример. Имеются сведения о производительности труда (в штуках) 10 работников: 8, 4, 9, 10, 10, 6, 6, 8, 5, 4. Построить гистограмму для производительности труда.

Решение.

Объем выборки n = 10.

Вариационный ряд: 4, 4, 5, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 10.

Гистограмму строим на промежутке [4; 10]. В качестве границ выбираем минимальное и максимальное значения вариационного ряда.

Количество столбцов гистограммы определяем по формуле Стэрджеса: k log2 n 1 log2 10 1 3 1 4 .

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]