第八章+假设检验.ppt

第八章假设检验 第一节假设检验的基本思想和概念 二 假设检验的相关概念 三 假设检验的一般步骤 一 假设检验的基本思想 四 小结 一 假设检验的基本思想 在总体的分布函数完全未知或只知其形式 但不知其参数的情况下 为了推断总体的某些性质 提出某些关于总体的假设 假设检验就是根据样本对所提出的假设作出判断 是接受 还是拒绝 例如 提出总体服从泊松分布的假设 如何利用样本值对一个具体的假设进行检验 通常借助于直观分析和理论分析相结合的做法 其基本原理就是人们在实际问题中经常采用的所谓实际推断原理 一个小概率事件在一次试验中几乎是不可能发生的 下面结合实例来说明假设检验的基本思想 假设检验问题是统计推断的另一类重要问题 例8 1某车间用一台包装机包装味精 包得的袋装糖的重量是一个随机变量X 它服从正态分布N 0 0152 当机器正常时 其均值 0 5千克 某日开工后为检验包装机是否正常 随机地抽取它所包装的袋装糖9袋 称得净重为 千克 0 4970 5060 5180 5240 4980 5110 5200 5150 512 问机器是否正常 问题 根据样本值判断 随机误差和条件误差 问题 根据样本值判断 提出两个对立假设 再利用已知样本作出判断是接受假设H0 拒绝假设H1 还是拒绝假设H0 接受假设H1 如果作出的判断是接受H0 即认为机器工作是正常的 否则 则认为是不正常的 由于要检验的假设设计总体均值 故可借助于样本均值来判断 于是可以选定一个适当的正数k 由标准正态分布分位点的定义取 于是拒绝假设H0 认为包装机工作不正常 假设检验过程如下 以上所采取的检验法是符合实际推断原理的 二 假设检验的相关概念 1 统计假设 在许多实际问题中 需要根据理论与经验对总体X的分布函数或其所含的一些参数作出某种假设H0 这种假设称为统计假设 简称假设 当统计假设H0仅仅涉及总体分布的未知参数时 如假设H0 0 5 称之为参数假设 当统计假设H0涉及总体的分布函数形式时 如假设H0 总体X服从泊松分布 称之为非参数假设 2 显著性水平 0 0 0 H x n x u 则我们拒绝 的差异是显著的 与 则称 如果 m s m u 2 3 检验统计量 4 原假设与备择假设 5 拒绝域与临界值 当检验统计量取某个区域C中的值时 我们拒绝原假设H0 则称区域C为拒绝域 记为W 拒绝域的边界点称为临界值或临界点 如在前面实例中 6 两类错误及记号 假设检验的依据是 小概率事件在一次试验中很难发生 但很难发生不等于不发生 因而假设检验所作出的结论有可能是错误的 这种错误有两类 1 当原假设H0为真 观察值却落入拒绝域 而作出了拒绝H0的判断 称做第一类错误 又叫拒真错误 这类错误是 以真为假 犯第一类错误的概率是显著性水平 P x1 x2 xn W H0成立 犯第二类错误的概率记为 2 当原假设H0不真 而观察值却落入接受域 而作出了接受H0的判断 称做第二类错误 又叫取伪错误 这类错误是 以假为真 当样本容量n一定时 若减少犯第一类错误的概率 则犯第二类错误的概率往往增大 若要使犯两类错误的概率都减小 除非增加样本容量 P x1 x2 xn W H1成立 假设检验的两类错误 7 显著性检验 只对犯第一类错误的概率加以控制 而不考虑犯第二类错误的概率的检验 称为显著性检验 8 双边备择假设与双边假设检验 9 右边检验与左边检验 右边检验与左边检验统称为单边检验 三 假设检验的一般步骤 3 确定检验统计量以及拒绝域形式 五 小结 假设检验的基本原理 相关概念和一般步骤 假设检验的两类错误 第二节正态总体均值的假设检验 一 单个总体均值的检验 二 两个总体均值差的检验 三 基于成对数据的检验 四 小结 一 单个总体均值的检验 例某切割机在正常工作时 切割每段金属棒的平均长度为10 5cm 标准差是0 15cm 今从一批产品中随机的抽取15段进行测量 其结果如下 假定切割的长度服从正态分布 且标准差没有变化 试问该机工作是否正常 解 查表得 根据第六章推论6 1 P141 知 在实际中 正态总体的方差常为未知 所以常用t检验法来检验关于正态总体均值的检验问题 上述利用t统计量得出的检验法称为t检验法 例8 2车辆厂生产的螺杆直径X服从正态分布N 2 现从中抽取5支 测得直径 单位 毫米 为 22 3 21 5 22 0 21 8 21 4如果方差 2未知 试问直径均值 21是否成立 解 查表得 故拒绝H0 即螺杆直径均值不是21 练习某切割机所切割的每段金属棒的长度X服从正态分布 今从一批产品中随机的抽取15段进行测量 其结果如下 问该机切割的金属棒的平均长度是否为10 5 解 查表得 故接受H0 即平均长度是为10 5 单个总体均值的检验 当两个正态总体的方差均为已知 不一定相等 时 可用u检验法来检验两正态总体均值差的假设问题 二 两个总体的均值检验 其拒绝域的形式为 给定显著性水平 利用t检验法检验具有相同方差 方差未知 的两正态总体均值的假设检验 根据第六章推论6 3 P141 知 故拒绝域为 使 例8 3在漂白工艺中考察温度对针织品断裂强度的影响 现在70度和80度下分别作8次和6次实验 测得各自的断裂强度X和Y的观测值 经计算得 根据以往经验 可认为X和Y均服从正态分布 且方差相等 在给定 0 10时 问70度和80度对断裂强度有无显著影响 解 即70度和80度对断裂强度有显著影响 解 即甲 乙两台机床加工的产品直径无显著差异 三 基于成对数据的检验 t检验 有时为了比较两种产品 或两种仪器 两种方法等的差异 我们常在相同的条件下作对比试验 得到一批成对的观察值 然后分析观察数据作出推断 这种方法常称为配对比较法 例有两台光谱仪Ix Iy 用来测量材料中某种金属的含量 为鉴定它们的测量结果有无显著差异 制备了9件试块 它们的成分 金属含量 均匀性等各不相同 现在分别用这两台机器对每一试块测量一次 得到9对观察值如下 本题中的数据是成对的 即对同一试块测出一对数据 我们看到一对与另一对之间的差异是由各种因素 如材料成分 金属含量 均匀性等因素引起的 这也表明不能将光谱仪Ix对9个试块的测量结果 即表中第一行 看成是一个样本 同样也不能将表中第二行看成一个样本 因此不能用t检验法作检验 假定X Y分别服从同方差的正态分布 问能否认为这两台仪器的测量结果有显著的差异 解 而同一对中两个数据的差异则可看成是仅由这两台仪器性能的差异所引起的 这样 局限于各对中两个数据来比较就能排除种种其他因素 而只考虑单独由仪器的性能所产生的影响 记各对数据的差为 若两台机器的性能一样 随机误差可以认为服从正态分布 其均值为零 则按关于单个正态分布均值的t检验 知拒绝域为 认为这两台仪器的测量结果无显著的差异 四 小结 本节学习的正态总体均值的假设检验有 第三节正态总体方差的假设检验 一 单个总体的情况 二 两个总体的情况 三 小结 一 单个总体的情况 要求检验假设 根据第六章定理6 4 P140 从而得拒绝域为 例某厂生产的某种型号的电池 其寿命长期以来服从方差 5000 小时2 的正态分布 现有一批这种电池 从它生产情况来看 寿命的波动性有所变化 现随机的取26只电池 测出其寿命的样本方差 9200 小时2 问根据这一数据能否推断这批电池的寿命的波动性较以往的有显著的变化 解 拒绝域为 认为这批电池的寿命的波动性较以往的有显著的变化 例8 6某厂生产的铜丝的折断力X N 82 现随机抽取10根检查其折断力 测得数据的样本均值为575 2 样本方差为68 16 问是否可相信该厂生产的铜丝的折断力的方差为82 解 查表得 认为该厂生产铜丝的折断力的方差为82 例假设某切割机所切割金属棒的长度服从正态分布 在正常工作时 切割每段金属棒的长度标准差是0 15cm 今从一批产品中随机的抽取15段进行测量 其结果如下 解 问该机切割的金属棒长度的标准差有无显著变化 查表得 认为该机切割的金属棒长度的标准差有显著变化 二 两个总体的情况 需要检验假设 检验问题的统计量 第六章推论6 2 P141 查附表4可得 上述检验法称为F检验法 检验问题的拒绝域为 例1两台车床加工同一零件 分别取6件和9件测量直径 得 假定零件直径服从正态分布 能否据此断定 解 本题检验假设 例2在平炉上进行一项试验以确定改变操作方法的建议是否会增加钢的得率 试验是在同一只平炉上进行的 每炼一炉钢时除操作方法外 其它条件都尽可能做到相同 先采用标准方法炼一炉 然后用建议的新方法炼一炉 以后交替进行 各炼了10炉 其得率分别为 1 标准方法 78 1 72 4 76 2 74 3 77 4 78 4 76 0 75 5 76 7 77 3 2 新方法 79 1 81 0 77 3 79 1 80 0 78 1 79 1 77 3 80 2 82 1 设这两个样本相互独立 且分别来自正态总体 试对上述数据检验假设 解 由P1396 3 8式 认为两总体方差相等 例3分别用两个不同的计算机系统检索10个资料 测得平均检索时间及方差 单位 秒 如下 解 假定检索时间服从正态分布 问这两系统检索资料有无明显差别 根据题中条件 首先应检验方差的齐性 认为两系统检索资料时间无明显差别 三 小结 第四节单边检验 二 单边检验的基本原理 一 单边检验的基本概念 三 小结 一 单边检验的基本概念 一 单边检验的基本概念 右边检验与左边检验统称为单边检验 二 单边检验的基本原理 下面以单个正态总体方差已知的情况为例 讨论均值 的单边检验的拒绝域 故可取 0 1 0 0 检验问题 m m m m H H 拒绝域为W a u u 例8 10有一批子弹 其初速度r N 2 其中 950m s 10m s 经过较长时间的存储后取出9发子弹试射 测得初速度样本值为 单位m s 914 920 910 934 953 945 912 924 940假定标准差 没有变化 试问这批子弹初速度是否起了变化 解 查表得 0 1 0 0 检验问题 m m m m H H 拒绝域为W a u u 解 认为该车床生产的产品没有达到所要求的精度 例某自动车床生产的产品尺寸服从正态分布 按规定产品尺寸的方差不得超过0 1 为检验该自动车床的工作精度 随机的取25件产品 测得样本方差s2 0 1975 问该车床生产的产品是否达到所要求的精度 例在平炉上进行一项试验以确定改变操作方法的建议是否会增加钢的得率 试验是在同一只平炉上进行的 每炼一炉钢时除操作方法外 其它条件都尽可能做到相同 先采用标准方法炼一炉 然后用建议的新方法炼一炉 以后交替进行 各炼了10炉 其得率分别为 1 标准方法 78 1 72 4 76 2 74 3 77 4 78 4 76 0 75