第七章 参数估计

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第七章 参数估计
7. 参数估计 参数估计就是要从样本出发构造一些统计量作为总体某些参数(或数字特征)的估计量 。 点估计就是构造统计量。 [pic][pic] j=1,2,…n 以[pic]的值作为[pic]的近似值。对[pic]进行估计,叫(点)估计量。若样本值代入[pic] 称为[pic]的估计值。 区间估计是根据样本构造出适当的区间,它以一定的概率包含未知参数。 §7.1 点估计 (一)矩估计法 1.矩估计法的基本思想 在总体的各阶矩存在的条件下,用样本的各阶矩去估计总体相应的各阶矩,又由于总体 的分布类型已知,总体的各阶矩可表示为未知参数的已知函数,这样样本的各阶矩就与 未知参数的已知函数联系起来,从而得到参数的各阶矩。 2.一般求法 ( [pic] [pic][pic]=1,2…k [pic] [pic] [pic]=1,2…k ( 令 [pic] [pic]=1,2…k (将[pic]代入(中,[pic] [pic]=1,2…k 例 2 P159总体X~U[a,b],参数a,b未知,求a,b的矩估计。 例 3 P160 以下为第一版例。 例7:总体X~U[0,b],参数b未知,求b的矩估计。 例8:总体[pic],[pic]未知,已知[pic] 是来自总体X的样本值,求[pic]的矩估计。 例9:总体的概率密度为 [pic] 参数[pic] [pic]均未知,[pic] 是来自总体的样本,求[pic]的矩估计。 3.总体的数学期望与方差的矩估计 已知总体的二阶矩存在,[pic] 是来自总体的样本值。E(X),D(X)的矩估计是 [pic] [pic] 注意: 此结论用于只要E(x)、D(x)存在的,不论分布是否已知的各类型总体的数字特征E(X)、 D(X)的矩估计。 例:总体X~B(N,p), 参数N、00且[pic]未知,[pic] 是来自总体的样本值,求参数的最大似然估计。 (2)当似然函数L不可数时,或似然函数无解,要用定义求参数的最大似然估计。 例6:总体X~U[0,b],参数b未知, 已知[pic] 是来自总体的样本值,求b的最大似然估计。 3.未知参数的已知函数的最大似然估计有如下规定: 若[pic],未知参数的已知函数为[pic],[pic]分别为[pic]的最大似然估计,则规定g( [pic])为g([pic])的最大似然估计。 例:P[pic]习题7.5。 §7.2 估计量评选标准 1.无偏性: 定义:设[pic]([pic])是[pic]的估计量,若E([pic])=[pic],对一切[pic],则称[pic] 为[pic]的无偏估计量,否则称为[pic]的有偏估计量。其偏差度为[pic]= E([pic])-[pic]。如果[pic] E([pic])=[pic],则称[pic]为[pic]的渐近无偏估计量。 书上定义是对g([pic])而言的: 定义:设未知参数的已知函数g([pic])的估计量为[pic],如果对一切[pic]都有 [pic] 则称[pic]为[pic]的无偏估计量。 例10:设总体有二阶矩,E(X)=[pic],D(X)=[pic]存在,[pic]是该总体的样本,证明[pic] 为[pic]的无偏估计,[pic]为[pic]的无偏估计,但[pic]不是[pic]的无偏估计,是[pic] 的渐近无偏估计。 例11:总体X~U[a,b],b>0,试问b的矩估计[pic]是否是b的无偏估计量。 [pic] 注意: (1)若[pic]为[pic]的无偏估计,g([pic])为[pic]的已知函数,而g([pic])不一定是g( [pic])的无偏估计。 (2)有时[pic]的有偏估计也可稍加修改为无偏估计。 例:设[pic],[pic]是[pic]的无偏估计,但[pic]不是 [pic]的无偏估计,可修改为[pic]它是[pic]的无偏估计。 2.有效性 定义:若[pic]和[pic]都为[pic]的无偏估计量。若[pic],[pic] 且至少对一个[pic],有严格不等号成立,则称[pic]比[pic]有效。 例12:比较[pic],[pic],([pic])。估计[pic],哪个有效。 定义:设[pic][pic]和[pic][pic]都是g([pic])的估计量, 如果对一切[pic]都有  [pic][pic][pic]-g([pic])][pic][pic][pic][pic]- g([pic])][pic] 且存在[pic],有严格不等号成立,则称[pic]比[pic]有效。 此定义为均方误差准则。 3.相合性(一致估计量) 定义7.5:设g([pic])的估计量为[pic],如果对任意的[pic]>0,都有 [pic][pic]=1 则称[pic]为[pic]的相合估计量。 §7.2 区间估计 一.基本概念 设[pic], [pic]是两个统计量,且满足[pic],则称[A,B]为一随机区间。 定义7.6:对于给定的正数[pic],如果对一切[pic]都有 [pic] 则称[A,B]为[pic]的置信度为[pic]的置信区间,称[pic]为置信区间的置信度,称A、B 分别为置信下限和置信上限。 常用的形式:      [pic] 例:某旅游社为调查当地每一旅游者的平均消费额,随机访问了100名旅游者,得知平均 消费额[pic](元)。根据经验,已知旅游者消费额服从正态分布[pic],且标准差[pic] (元),那麽该地旅游者平均消费额[pic]的置信度为95%的置信区间是什麽。 设旅游者消费额为[pic],且知[pic],此题是求[pic][pic]的置信区间的问题。 (1)找[pic]的较好点估计(最大似然估计或无偏估计),[pic][pic]。 (2)为使[pic],要选有关[pic]与[pic]的函数且知其分布。当已知[pic]时, [pic], 称[pic]为枢轴变量。对给定的[pic],使 [pic] (3)将不等式 [pic][pic]等价变形 [pic] 本例,计算 [pic] [pic] 得到,当地每位旅游者置信度为95%的平均消费额在[77.6元,82.4元]之间。 Data; u=probit(1-0.05/2);put u=; A=80-(u*12)/sqrt(100); put A=; B=80+(u*12)/sqrt(100); put B=; run; u=1.9599639845 A=77.648043219 B=82.351956781 定义:[pic]叫区间半径,[pic]叫区间中心, [pic]叫区间长度。 二.置信区间的一般求法 (枢轴量法) (1)从[pic]的一个较好点估计[pic]出发,构造[pic]与[pic]的一个函数[pic] ,且知其分布又与[pic]无关,函数H称为枢轴变量。 (2)记H的上[pic]分为数和上(1- [pic])分位数为[pic]和[pic],使对给定的[pic],有 [pic] 利用不等式运算,将不等式 进行等价变形,使得最后得到形如: [pic] 的不等式。 则[pic]就是[pic]的[pic]置信区间,这时有: [pic] 定义:[pic]叫区间半径,[pic]或[pic]叫区间长度。 例1 P170,计算机实现过程。 Data; z=probit(1-0.05/2);put z=; A=5.2-(z*1)/sqrt(16); put A=; B=5.2+(z*1)/sqrt(16); put B=; C=B-A; put C=; run; z=1.9599639845 A=4.7100090039 B=5.6899909961 C=0.9799819923 P171页下面部分的数值解释。 Data; u1=probit(0.04);put u1=; u2=probit(1-0.01);put u2=; A=5.2+(u1*1)/sqrt(16); put A=; B=5.2+(u2*1)/sqrt(16); put B=; C=B-A; put C=; run; u1=-1.750686071 u2=2.326347874 A=4.7623284822 B=5.7815869685 C=1.0192584863 三.正态总体的参数的区间估计 1.一个正态总体的均值、方差的置信区间 设总体[pic],[pic]是来自总体[pic]的样本 (1)[pic]已知,均值[pic]的置信度为[pic]的置信区间为: [pic] (2)[pic]未知,均值[pic]的置信度为[pic]的置信区间为: [pic]。 (3)[pic]未知,方差[pic]的置信度为[pic]的置信区间为: [pic] [pic]的[pic]的置信区间为: [pic] 2. 两个正态总体均值差方差比的置信区间 |总体 |样本 |均值 |样本方差 | |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | 两个样本相互独立。 (1)[pic]已知,均值差[pic]的置信区间为 [pic] (2)[pic]未知,但[pic],[pic]的置信区间为 [[pic]] (3)[pic]未知,方差比[pic]的置信区间为: [[pic][pic]] (4) [pic]已知,[pic]的置信区间为: [[pic][pic]] 1. P174 Data; t=TINV((1-0.05/2),15); put t=; A=503.75-t*6.2022/sqrt(16); put A=; B=503.75+t*6.2022/sqrt(16); put B=; C=B-A; put C=; run; t=2.1314495456 A=500.44508091 B=507.05491909 C=6.6098381857 例2 P175 Data; k1=CINV(1-0.05/2, 15);put k1=; k2=CINV(0.05/2, 15);put k2=; A=sqrt(15)*6.2022/sqrt(k1); put A=; B= sqrt(15)*6.2022/sqrt(k2); put B=; C=B-A; put C=; run; k1=27.488392863 k2=6.262137795 A=4.5815952687 B=9.5990905015 C=5.0174952328 例 3 P177 Data; t=tINV(1-0.05/2, 28);put t=; sw=sqrt((9*1.1**2+19*1.2**2)/28); put sw=; A=500-496-sw*t*sqrt(1/10+1/20); put A=; B=500-496+sw*t*sqrt(1/10+1/20); put B=; C=B-A; put C=; run; t=2.0484071418 sw=1.1687905837 A=3.0727462146 B=4.9272537854 C=1.8545075707 例 4 P177 Data; t=tINV(1-0.05/2, 14);put t=; sw=sqrt((7*3.89+7*4.02)/14); put sw=; A=91.73-93.75-sw*t*sqrt(1/8+1/8); put A=; B=91.73-93.75+sw*t*sqrt(1/8+1/8); put B=; C=B-A; put C=; run; t=2.1447866879 sw=1.9887181801 A=-4.152688139 B=0.1126881394 C=4.2653762788 例 5 P179 data ; F1=FINV(1-0.1/2, 17,12) ; put F1=; F2=FINV(0.1/2, 17,12) ; put F2=; A=0.34/(0.29*F1); put A=; B=0.34/(0.29*F2); put B=; C=B-A; put C=; Run; F1=2.5828389059 F2=0.4200526125 A=0.4539244745 B=2.7911117756 C=2.3371873011 §7.5 (0---1)分布参数的区间估计 P179 例 P180 data; z=probit(1-0.05/2);put z=; a=100+z**2; put a=; b=-(2*100*0.6+z**2); put b=; c=100*0.6**2; put c=; p1=1/(2*a)*(-b-sqrt(b**2-4*a*c)); put p1=; p2=1/(2*a)*(-b+sqrt(b**2-4*a*c)); put p2=; p=p2-p1; put p=; run; z=1.9599639845 a=103.84145882 b=-123.8414588 c=36 p1=0.5020025868 p2=0.6905987136 p=0.1885961268 §7.6 单侧置信区间 对于均值,单侧置信区间下限。公式(6.4) 对于方差,单侧置信区间上限。公式(6.6) 例 P182 Data; t=tINV(1-0.05, 4);put t=; mu=1160-sqrt(9950/5)*t; put mu=; run; t=2.1318467863 mu=1064.8995598 习题: 1,2,3,5,6,10,14,15,19,25 ----------------------- [pic]
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