11.9. Оценка отклонения теоретического распределения от нормального. Асимметрия и эксцесс
Эмпирическим называют распределение относительных частот. Эмпирические распределения изучает математическая статистика.
Теоретическим называют распределение вероятностей. Теоретические распределения изучает теория вероятностей.
При изучении распределений, отличных от нормального, возникает необходимость количественно оценить это различие. С этой целью вводят специальные характеристики, в частности асимметрию и эксцесс. Для нормального распределения эти характеристики равны нулю. Поэтому если для изучаемого распределения асимметрия и эксцесс имеют небольшие значения, то можно предположить близость этого распределения к нормальному. Наоборот, большие значения асимметрии и эксцесса указывают на значительное отклонение от нормального.
Как оценить асимметрию? Можно доказать, что для симметричного распределения (график такого распределения симметричен относительно прямой х = М(X)) каждый центральный момент нечетного порядка равен нулю. Для несимметричных распределений центральные моменты нечетного порядка отличны от нуля. Поэтому любой из этих моментов (кроме момента первого порядка, который равен нулю для любого распределения) может служить для оценки асимметрии; естественно выбрать простейший из них, т.е. момент третьего порядка 3. Однако принять этот момент для оценки асимметрии неудобно потому, что его величина зависит от единиц, в которых измеряется случайная величина. Чтобы устранить этот недостаток, 3 делят на 3 и таким образом получают безразмерную характеристику.
Определение. Асимметрией теоретического распределения называют отношение центрального момента третьего порядка к кубу среднего квадратического отклонения:
.
Асимметрия положительна, если «длинная часть» кривой распределения расположена справа от математического ожидания; асимметрия отрицательна, если «длинная часть» кривой расположена слева от математического ожидания. Практически определяют знак асимметрии по расположению кривой распределения относительно моды (точки максимума дифференциальной функции): если «длинная часть» кривой расположена правее моды, то асимметрия положительна (рис. 11.10, а), если слева – отрицательна (рис. 11.10, б).
Рис. 11.10
Для оценки «крутости», т.е. большего или меньшего подъема кривой теоретического распределения по сравнению с нормальной кривой, пользуются характеристикой – эксцессом.
Определение. Эксцессом теоретического распределения называют характеристику, которая определяется равенством
.
Для
нормального пределения
;
следовательно, эксцесс равен нулю.
Поэтому если эксцесс некоторого
распределения отличен от нуля, то кривая
этого распределения отличается от
нормальной кривой: если эксцесс
положительный, то кривая имеет более
высокую и «острую» вершину, чем нормальная
кривая (рис. 11.11, а); если эксцесс
отрицательный, то сравниваемая кривая
имеет более низкую и «плоскую» вершину,
чем нормальная кривая (рис. 11.11,б). При
этом предполагается, что нормальное и
теоретическое распределения имеют
одинаковые математические ожидания и
дисперсии.
Рис. 11.10