Как составить интервальное статистическое распределение выборки

Интервальное статистическое распределение

Если признак может
принимать любые значения из некоторого
промежутка, т.е. является непрерывной
случайной величиной, то необходимо
промежуток между наименьшим и наибольшим
значениями признака в выборке разбить
на несколько интервалов одинаковой
(или разной) длины. При
этом количество интервалов k
не должно
быть меньше 6 – 10 и больше 20 – 25 (выбор
числа интервалов зависит от объема
выборки n).

При подборе
количества интервалов можно пользоваться
приближенной формулой, которую предложил
американский статистик Sturgess
(Стерджесс):


– целая часть
числа х.

Затем определяем
длину частичного интервала группировки:

,
где R
=

размах выборки.

Находим границы
каждого из непересекающихся частичных
интервалов
:

a1
= xmin

;
b1
= a1
+ h;

a2
= b1;
b2
= a2
+ h
и т.д.

Далее
каждому интервалу требуется поставить
в соответствие число выборочных значений
признака, попавших в этот интервал. В
результате получим интервальное
статистическое распределение
:

Таблица
3.3

Интервалы

[a1;
b1)

[a2;
b2)

[a3;
b3)

[ak;
bk)

Частоты

m1

m2

m3

mk

Используя
интервальное статистическое распределение,
можно вычислить относительную частоту,
накопленную частоту, эмпирическую
функцию распределения, так же как и для
дискретного статистического распределения.

Если
в интервальном распределении каждый
интервал

заменить числом, лежащим в его середине
(ai
+
bi)/2,
то получим дискретное статистическое
распределение. Такая замена вполне
естественна, так как, например, при
измерении размера детали с точностью
до одного миллиметра, всем размерам из
промежутка [49,5 мм; 50,5 мм) будет
соответствовать одно число, равное 50.

Для графического
изображения интервального распределения
используется гистограмма.
Для ее построения в прямоугольной
системе координат по оси абсцисс
откладываем границы интервалов
группировки и на этих интервалах как
на основаниях строим прямоугольники,
высоты которых откладываются на оси
ординат. Различают:

а) гистограмму
абсолютных частот
,
когда высота прямоугольника равна
;

б) гистограмму
относительных частот
,
когда высота прямоугольника равна
.

Гистограмма
является выборочным
аналогом графика плотности вероятности
.
Площадь на интервале (aj;
am)
можно интерпретировать как приближенное
значение вероятности попадания случайной
величины Х
в этот интервал, т.е.
.

Основное свойство
гистограммы
:
ее площадь для абсолютных частот равна
n,
а для относительных частот равна
единице
.

Отношение
относительной частоты к длине частичного
интервала h
называют плотностью
распределения частоты

на интервале


(рис. 3.5).

Рис. 3.5. Гистограмма
относительных частот

При построении
графика эмпирической функции распределения
для интервального ряда необходимо
учитывать, что функция определена только
на концах интервалов.

Таким образом,
статистическое распределение выборки
можно рассматривать как статистический
аналог для распределения генеральной
совокупности. Из-за случайных колебаний
эти два распределения, как правило, не
будут совпадать, но можно ожидать, что
при большом объеме выборки ее распределение
будет служить приближением для генеральной
совокупности, т.е.

,
если
.

Пример
2.

Получены данные о выработке продукции
30-ю рабочими в отчетном месяце в процентах
к предыдущему месяцу

n

Х
– выработка продукции, %

1-10

125

91

82

93

101

111

109

103

121

90

11-20

79

105

115

95

84

130

104

117

127

107

21-30

85

76

98

104

126

113

98

84

113

123

Необходимо:

  1. составить
    интервальное статистическое распределение;

  2. построить
    гистограмму относительных частот.

Решение

1. Определим величину
частичных интервалов:

Построим 6
непересекающихся интервалов:

[70,5; 81,5), [81,5; 92,5),
[92,5; 103,5),

[103,5; 114,5), [114,5;
125,5), [125,5; 136,5).

Первый интервал
[70,5; 81,5) содержит два значения (76 и 79),
поэтому m1
= 2. Второй
интервал [81,5; 92,5) содержит шесть значений
(82, 84, 84, 85, 90, 91), поэтому m2
= 6 и т.д.
Полученные данные внесем в таблицу
интервального статистического
распределения:

Таблица 3.4

Интервалы

[70,5-

81,5)

[81,5-

92,5)

[92,5-

103,5)

[103,5-

114,5)

[114,5-

125,5)

[125,5-

136,5)

Частоты

2

6

6

8

5

3

2. Для построения
гистограммы вычислим значения
относительных частот wi
и значения плотности распределения
частоты на интервале
:

Таблица 3.5

Интервалы

[70,5-

81,5)

[81,5-

92,5)

[92,5-

103,5)

[103,5-

114,5)

[114,5-

125,5)

[125,5-

136,5)

mi

2

6

6

8

5

3

wi

0,07

0,20

0,20

0,27

0,17

0,10

0,006

0,018

0,018

0,024

0,015

0,009

Изобразим
данные последней строки табл. 3.5 на
графике

(рис. 3.6).

Обведем гистограмму
плавной линией f*(x)
так, чтобы приблизительно были равны
площади, ограниченные гистограммой и
кривой f*(x),
которую называют эмпирической
плотностью распределения относительных
частот
. В
генеральной совокупности ей соответствует
плотность вероятности f(x).

Рис.
3.6. Гистограмма относительных частот

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Содержание:

  1. Интервальное статистическое распределение выборки и его числовые характеристики 
  2. Двумерное статистическое распределение выборки и его числовые характеристики
  3. Условное статистическое распределение и их числовые характеристики 
  4. Корреляционный момент, выборочный коэффициент корреляции
  5. Четное статистическое распределения выборки и его числовые характеристики 

Количественные характеристики элементов генеральной совокупности могут быть одномерными и многомерными, дискретными и непрерывными. 

Когда реализуется выборка, количественный признак, например Статистические распределения выборок и их числовые характеристики приобретает конкретное числовое значение Статистические распределения выборок и их числовые характеристики которое называют вариантой

Возрастающий числовой ряд вариант называют вариационным

Каждая варианта выборки может быть наблюденной  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики если Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  число Статистические распределения выборок и их числовые характеристики частотой варианты Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

При этом 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики 

где Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  — количество вариант, что отличаются числовым значением; Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — объем выборки. 

Соотношение частоты Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  варианты  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики к объему выборки Статистические распределения выборок и их числовые характеристики называют ее относительной частотой и обозначают через Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  то есть 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Для каждой выборки выполняется равенство 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

если исследуется признак генеральной совокупности Статистические распределения выборок и их числовые характеристики которая будет непрерывной, то вариант будет много. В этом случае, вариационный ряд  — это определенное количество равных или неравных частичных интервалов или групп вариант со своими частотами. 

Такие частичные интервалы вариант, которые размещены в возрастающей последовательности, образуют интервальный вариационный ряд. 

На практике для удобства, как правило, рассматривают интервальные вариационные ряды, в которых интервалы являются равными между собой. 

2. Дискретное статистическое распределение выборки и ее числовые характеристики. 

Перечень вариант вариационного ряда и соответственных им частот, или относительных частот, называют дискретным статистическим распределением выборки. 

В табличной форме можно представить так:  

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Дискретное статистическое распределение выборки можно представить эмпирической функцией Статистические распределения выборок и их числовые характеристики.

Эмпирическая функция Статистические распределения выборок и их числовые характеристики и ее свойства. Функция аргумента Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  что обозначает относительную частоту события Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то есть 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

называется эмпирической.

Тут  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  — объем выборки;  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — количество вариант статистического распределения выборки значения которых меньше фиксированной варианты Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  — называют еще функцией накопления относительных частот. 

Свойства  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

 Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  где Статистические распределения выборок и их числовые характеристики является наименьшей вариантой вариационного ряда; 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  где Статистические распределения выборок и их числовые характеристики является наименьшей вариантой вариационного ряда; 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики является не спадающей функцией аргумента Статистические распределения выборок и их числовые характеристики а именно: Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  при Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

 Полигон частот и относительных частот. Дискретное статистическое распределения выборки можно изобразить графически в виде ломанной линии, отрезки которой образуют координаты точек Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  или Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

В первом случае ломанную линию называют полигоном частот, а во втором — полигоном относительных частот.

Пример. По заданному дискретному статистическому распределению выборки

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

нужно: 

1. Построить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и изобразить ее графически; 

2. Начертить полигоны частот и относительных частот. 

Решение. Согласно с определением и свойствам Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  имеет такой вид: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Графическое изображение  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики предоставлено на рис. 106.

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Полигоны частот и относительных частот изображены на рис. 107, 108. 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Числовые характеристики: 

1) выборочная средняя величина Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  Величину, которая обозначается формулой 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

называют выборочной средней величиной дискретного статического распределения выборки. 

Тут Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — варианта вариационного ряда выборки;  

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — частота этой выборки 

 Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — объем выборки Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Если все варианты выявляются в выборке только по одному разу, то есть Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  то

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

2) отклонение вариант. Разницу Статистические распределения выборок и их числовые характеристики называют отклонением этих вариант. 

При этом 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, сумма отклонений всех вариант вариационного ряда выборки всегда равна нулю; 

3) мода Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  Модой дискретного статистического распределения выборки называют варианту, что имеет наибольшую частоту появления.

Мод может быть несколько. Когда дискретное статистическое распределение имеет одну моду, то оно называется одномодальным. если имеет две моды — двумодальным и так далее. 

4) медиана Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  Модой дискретного статистического распределения выборки называют варианту, которая делит вариационный ряд на две части, равные количеством вариант: 

5) дисперсия. Для измерения рассеивания вариант выборки относительно Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  выбирается дисперсия. 

Дисперсия выборки — это среднее арифметическое квадратов отклонений вариант относительно Статистические распределения выборок и их числовые характеристики, которое вычисляется по формуле 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

или

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

6) среднее квадратичное отклонение выборки Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  При вычислении Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  отклонения приводиться к квадрату, а следует, изменяется единица измерения признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики потому на основании дисперсии приводится среднее квадратичное отклонение 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

которое измеряет рассеивание вариант выборки относительно Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то в тех же единицах, в которых изменяется признак Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

7) размах Статистические распределения выборок и их числовые характеристики Для четкой оценки рассеивания вариант относительно Статистические распределения выборок и их числовые характеристики используется величина, которая равна разнице между наибольшей Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и наименьшей Статистические распределения выборок и их числовые характеристики вариантами вариационного ряда. Эта величина называется размахом 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

8) коэффициенты вариации Статистические распределения выборок и их числовые характеристики Для сравнения оценок вариаций  статистических рядов с разными значениями Статистические распределения выборок и их числовые характеристики которые не равны нулю, приводится коэффициент вариации, который вычисляется по формуле 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Пример. По заданному статистическому распределению выборки

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

нужно:

1) вычислить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

2) найти Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

3) Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Решение. Поскольку Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то согласно с формулами (354), (357), (358) получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Для вычисления Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  обозначается 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Тогда 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, приведенное статистическое распределение выборки будет двумодальным. Статистические распределения выборок и их числовые характеристики поскольку варианта Статистические распределения выборок и их числовые характеристики делит вариационный ряд Статистические распределения выборок и их числовые характеристики на две части: Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и Статистические распределения выборок и их числовые характеристики которые имеют одинаковое количество вариант 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Интервальное статистическое распределение выборки и его числовые характеристики 

Перечень долевых интервалов и соответственных им частот, или относительных частот называют интервальным статистическим распределением выборки

В табличной форме это распределение имеет такой вид: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Тут Статистические распределения выборок и их числовые характеристики является длиной частичного Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — нного интервала. Как правило, этот интервал берется одинаковым. 

Интервальное статистическое распределение выборки можно  преподать графически в виде гистограмм частот или относительных частот, а также, как и для дискретного статистического распределения, эмпирической функцией Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Гистограмма частот и относительных частот. Гистограмма частот — фигура, которая складывается из прямоугольников, каждый из которых имеет основу Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и высоту Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

 Гистограмма относительных  частот — фигура, которая складывается из прямоугольников, каждый из которых имеет основу  длиной Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и высоту. что равен Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Пример. По заданному интервальному статистическому распределению выборки 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

нужно построить гистограмму частот и относительных частот 

Решение. Гистограммы частот и относительных частот приведены на Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Площадь гистограммы частот Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Площадь гистограммы относительных частот 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Эмпирическая функция  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики. При постройке кумуляты Статистические распределения выборок и их числовые характеристики для интервального статистического распределения выборки за основу берется предположение, что признак на каждом частичном интервале имеет равномерную плотность вероятностей. Потому кумулята имеет вид ломанной линии, которая возрастает на каждом частичном интервале и приближается к единице. 

Пример. По заданному интервальному статистическому распределению выборки 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

построить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и предоставить ее графически. 

Решение 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

график Статистические распределения выборок и их числовые характеристики изображен на рис. 111. 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Аналогом эмпирической функции Статистические распределения выборок и их числовые характеристики в теории вероятностей будет интегральная функция Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Медана. Для обозначения медианы интервального статистического распределения выборки необходимо обозначить медианный частичны интервал. Если, например, на Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — нном интервале Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  то обратим внимание, что исследование признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  является непрерывной и при этом Статистические распределения выборок и их числовые характеристики является не спадающей функцией, на середине интервала Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  обязательно существует такое значение Статистические распределения выборок и их числовые характеристики где Статистические распределения выборок и их числовые характеристики 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Из признаков подобности треугольников Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  изображенных на рис. 112, получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

где Статистические распределения выборок и их числовые характеристики называют шагом. 

Мода. Для определения моды интервального статистического распределения необходимо найти модальный интервал, то есть такой частичный интервал, что имеет наибольшую частоту появления. 

Используя линейную интерполяцию, моду вычислим по формуле

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

где Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — начало модального интервала; 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — длина или шаг частичного интервала; 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — частота модального интервала; 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики— частота домодального интервала; 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики частота послемодального интервала; 

Пример. По заданному интервальному статистическому распределению выборки 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

построить гистограмму частот и Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Обозначим Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Решение. Гистограмма частот изображена на рис. 113.

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

График Статистические распределения выборок и их числовые характеристики изображен  на рис. 114

Статистические распределения выборок и их числовые характеристикиИз рис. 113 обозначается модальный интервал,  который равен Статистические распределения выборок и их числовые характеристики Используя Статистические распределения выборок и их числовые характеристики и обратив на внимание, что Статистические распределения выборок и их числовые характеристики Статистические распределения выборок и их числовые характеристики получим 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Из графика Статистические распределения выборок и их числовые характеристики обозначается медианный интеграл, который равен Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Обратим внимание, что Статистические распределения выборок и их числовые характеристики   и используя (361), получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  для интервального статистического распределения выборки. Для обозначения Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  перейдем от интервального распределение к дискретному, вариантами которого будет середина частичных интервалов Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и который имеет вид: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Тогда Статистические распределения выборок и их числовые характеристики вычисляется по формуле: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Пример. По заданному интервальному статистическому распределению выборки, в котором приведено распределение массы новорожденных Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

вычислить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Решение. Построим дискретное статистическое распределение к заданным интервальным. Поскольку Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Обращая внимание  на Статистические распределения выборок и их числовые характеристики и то, что Статистические распределения выборок и их числовые характеристики получим:

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристикиСтатистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Двумерное статистическое распределение выборки и его числовые характеристики

Перечень вариант Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и соответственных им частот Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  совместного их появления образуют двумерное статистическое распределение выборки, что реализована из генеральной совокупности, элементам этой выборки присущие количественные признаки  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

В табличной форме это распределение имеет такой вид: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Тут Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — частота совместного появления вариант 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Общие числовые характеристики признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

общая средняя величина признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

общая дисперсия признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

общие среднее квадратичное отклонение  признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Общие числовые характеристики признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики 

общая средняя величина признака  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики:

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

общая дисперсия признака  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики:

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

общее среднее квадратичное отклонение  признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики:

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Условное статистическое распределение и их числовые характеристики 

Условным статистическим распределением признака  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  при фиксированном значении Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  называют пересечение вариант признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики и соответственных им частот, взятых при фиксированном значении Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Тут Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Числовые характеристики для такого статистического распределения называют условными. К ним принадлежат: условный средний признак  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

условная дисперсия признака  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

условное среднее квадратичное отклонение  признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики:

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики измеряют рассеивание вариант признака  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  относительно средней величины  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Условным статистическим распределением признака  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики   при Статистические распределения выборок и их числовые характеристики называют пересечение вариант Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и соответственных им частот, взятых при фиксированном значении признака 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Тут Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Условные числовые характеристики для этого распределения: условная средняя величина признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

условная дисперсия признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

условное среднее квадратичное отклонение  признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

При известных значениях условных средних Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  общие средние признаки   Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и Статистические распределения выборок и их числовые характеристики вычислить по формулам: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Корреляционный момент, выборочный коэффициент корреляции

Во время исследования двумерного статистического распределения выборки предстает потребность использовать наглядность связи между признаками Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики, какой в статистике называют корреляционным. Для этого вычисляется эмпирический корреляционный момент Статистические распределения выборок и их числовые характеристики по формуле

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Если Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  то корреляционная связь между признаками Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики нет. Если же Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то эта связь существует. 

Следует, корреляционный момент дает только ответ на вопросы: существует связь между признаками Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики или нет. 

Для измерения тесноты корреляционной связи вычисляется выборочный коэффициент корреляции  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  по формуле 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

как и в теории вероятностей Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Пример. По заданному двумерному статистическому распределению выборки признаки  Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

нужно: 

1) вычислить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

2) построить условно статистические распределения Статистические распределения выборок и их числовые характеристикиСтатистические распределения выборок и их числовые характеристики и вычислить условные числовые характеристики. 

Решение. 1) Чтобы вычислить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики обозначим Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Поскольку Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  то 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует,  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

для обозначения Статистические распределения выборок и их числовые характеристики вычисляют 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Тогда 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики а это свидетельствует о том, что между признаками Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики существует отрицательная корреляционная связь.

Для измерения тесноты этой связи вычислим выборочный коэффициент корреляции 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то есть теснота корреляционной связи между признаками Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  является слабой. 

Условное статистическое распределение Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  имеет  такой вид: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Вычисляют условные числовые характеристики для этого распределения: 

Условная средняя величина

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Условная дисперсия и среднее квадратичное отклонение 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристикиСледует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Условное статистическое распределение Статистические распределения выборок и их числовые характеристики имеет такой вид: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Вычисляются условные числовые характеристики. 

Условная средняя величина 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Условная дисперсия и среднее квадратичное отклонение 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Четное статистическое распределения выборки и его числовые характеристики 

Если частота общего появления признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  для всех вариант, то в этом случае двумерное статистическое распределение приобретает такой вид: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

его называют четным статистическим распределением выборки. Тут каждая пара значений признаков  Статистические распределения выборок и их числовые характеристикии  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики   выявляется только один раз. 

Объем выборки в этом случае равен количеству пар, то есть Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Числовые характеристики признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

средняя величина

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

дисперсия

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

среднее квадратичное отклонение 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Числовые характеристики признака Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

средняя величина

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

дисперсия

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

среднее квадратичное отклонение 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

эмпирический корреляционный момент 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

выборочный коэффициент корреляции 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Пример. Зависимость количества масла Статистические распределения выборок и их числовые характеристики что использует определенная особь за месяц, от ее прибыли в рублях  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  приведена в таблице 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Нужно вычислить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Решение. Поскольку объем выборки Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

 Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Поскольку значение Статистические распределения выборок и их числовые характеристики близко к единице, то отсюда получается, что зависимость между количеством масла, использованного определенной особой, и ее месячной прибылью почти функциональная. 

6. Эмпирические моменты

Начальные эмпирические моменты. Среднее взвешенное значение вариант в степени Статистические распределения выборок и их числовые характеристики называют начальным эмпирическим моментом Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — ого порядка Статистические распределения выборок и их числовые характеристики который вычисляется по формуле 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

При Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  получим начальный момент первого порядка: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

При Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  вычислим начальный момент второго порядка: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, дисперсию выборки можно преподать через начальные моменты первого и второго порядков, а именно: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Центральный эмпирический момент Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — ого порядка. Среднее взвешенное отклонение вариант в степени Статистические распределения выборок и их числовые характеристики называют центральным эмпирическом моментом Статистические распределения выборок и их числовые характеристики — ого порядка 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

При Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

При Статистические распределения выборок и их числовые характеристики получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

На практике чаще используются центральные эмпирические моменты третьего и четвертого порядков, что вычисляются по формулам: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Преподнося к третьему и четвертому степени отклонения вариант, придадим Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  и Статистические распределения выборок и их числовые характеристики через соответственные начальные моменты: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Коэффициент асимметрии Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  Центральный эмпирический момент третьего порядка используется для вычисления коэффициента асимметрии: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Если варианты статистического распределения выборки симметрично распределены относительно Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  то в этом случае Статистические распределения выборок и их числовые характеристики поскольку Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

При Статистические распределения выборок и их числовые характеристики варианты статистического распределения Статистические распределения выборок и их числовые характеристики преобладают варианты Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  Такую асимметрию называют отрицательной. При Статистические распределения выборок и их числовые характеристики статистического распределения  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  преобладают варианты  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики и такую асимметрию называют положительной

 Эксцесс. Центральный эмпиричный момент четвертого порядка используется для вычисления эксцесса: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  как правило, используется при исследовании непрерывности признаков генеральных совокупностей, поскольку он оценивает крутизну  закона распределения непрерывной случайной величины уравнена с нормальным. Для нормального закона распределения, как известно, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Пример. Оценить в баллах Статистические распределения выборок и их числовые характеристики полученные абитуриенты на вступительных испытаниях по математике, приведены в таблице дискретного распределения: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Вычислить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Решение. Используя приведенные выше формулы и учитывая, что Статистические распределения выборок и их числовые характеристики вычислим 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Откуда Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, получим: Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

поскольку Статистические распределения выборок и их числовые характеристики сравнительно малый, то статистическое распределение ближе к симметричному. 

Пример. Длина заготовок  Статистические распределения выборок и их числовые характеристики  изготовленных работником за смену, и частоты этих длин Статистические распределения выборок и их числовые характеристики приведены в виде статистического распределения: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

обозначить Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Решение. Вычисляются значения Статистические распределения выборок и их числовые характеристики Поскольку Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то получим: 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Следует, Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Вычислим центральный эмпирический момент четвертого порядка. 

Статистические распределения выборок и их числовые характеристики

Поскольку Статистические распределения выборок и их числовые характеристики то вершина закона распределения случайной величины, заданного плотностью вероятностей, будет плоской, то есть так называемое туповершинное распределение.

Лекции:

  • Статистические оценки
  • Статистические гипотезы
  • Корреляционный и регрессионный анализ
  • Комбинаторика основные понятия и формулы с примерами
  • Число перестановок
  • Непосредственное вычисление вероятностей примеры с решением
  • Действия над событиями. Теоремы сложения и умножения вероятностей примеры с решением
  • Примеры решения задач на тему: Случайные величины
  • Примеры решения задач на тему: основные законы распределения
  • Примеры решения задач на тему: совместный закон распределения двух случайных величин

Поможем решить контрольную, написать реферат, курсовую и диплом от 800р
Узнать стоимость

Статистическое распределение выборки

Содержание:

  • Примеры использования формул и таблиц для решения практических задач
  • Статистический интервальный ряд распределения

Предположим случай, когда из генеральной совокупности извлекается некоторая выборка, при этом каждому значению соответствует некоторый параметр, означающий количество раз, когда появлялось данное значение. Здесь $x_1$ было зафиксировано $n_1$ раз, $x_2$ было обнаружено $n_2$$x_k$ выявлено $n_k$. При этом

$sum_{i=1}^{k}n_i=n$

Где n — объём рассматриваемой выборки.

Определение 1

Используется следующая терминология: $x_k$ носят наименование вариантов, а последовательность таких вариантов, зафиксированный по возрастанию именуется вариационным рядом. Количество наблюдений каждого из вариантов носят название частот. При этом частное частот и выборки называют относительными частотами.

Определение 2

Статистическое распределение —это название всего набора вариантов и частот, которые с ними соотносятся. Чаще всего задаётся с помощью специальной таблицы, где представлены частоты, а также интервалы им соответствующие.

$x_1$ $x_2$ $x_k$
$n_1$ $n_2$ $n_k$
$frac{n_1}{n}$ $frac{n_2}{n}$ $frac{n_k}{n}$

Здесь в первой строке представлены варианты, во второй частоты, в третьеq взяты относительные частоты.

Для определения размера интервала используется следующее выражение:

$d=frac{x_{max}- x_{min}}{1+3,332cdot lg n}$

Здесь $x_{max}$, $x_{min}$ наибольшее и наименьшее значения ряда вариантов, а n характеризуем объём выборки.

Примеры использования формул и таблиц для решения практических задач

Пример 1

В ходе проведения измерений в однородных группах, были определены следующие значения выборки: 71, 72, 74, 70, 70, 72, 71, 74, 71, 72, 71, 73, 72, 72, 72, 74, 72, 73, 72, 74. Необходимо использовать данные значения, что определить ряд распределения частот и ряд распределения относительных частот.

Решение.

1) Составим статистический ряд распределения частот:

xi 70 71 72 73 74
ni 2 4 8 2 4

2) Рассчитаем суммарный размер выборки: n=2+4+8+2+4=20. Определим относительные частоты, для этого используем формулы: ni/n=wi: wi=2/20=0.1; w2=4/20=0.2; w3=0.4; w4=4/20=0.1; w5=2/20=0.2. Теперь зафиксируем в таблице распределение относительных частот:

xi 70 71 72 73 74
wi 0.1 0.2 0.4 0.1 0.2

Контрольная сумма должна равняться единице: 0,1+0,2+0,4+0,1+0,2=1.

Полигон частот

Название «полигоном частот» применяют для обозначения ломаной линии, каждый отрезок, которой соединяют точки $(х_1,n_1),(х_2,n_2),…,(х_k,n_k)$. Для построения на графике полигона частот по оси абсцисс отмечают варианты $х_2$, при этом на оси ординат отсчитывают– соответствующие частоты $n_i$. Когда полученные точки $(х_i,n_i)$ соединяются с помощью отрезков, то автоматически получают полигон частот.

Статистический интервальный ряд распределения.

Статистическим дискретным рядом (или эмпирической функцией распределения) обычно пользуются, если число различающихся вариант в полученной выборке не слишком большое. Также применение возможно, когда дискретность имеет важное значение для экспериментатора. В тех случаях, когда важный для задачи признак генеральной совокупности Х распределяется непрерывным образом, либо его дискретность нет возможности учесть, то варианты предпочтительнее всего группировать, чтобы получить интервалы.

Статистическое распределение допустимо задавать в том числе в качестве последовательности интервалов и частот, соответствующих этим интервалам. При это за частоту какого-либо интервала принимается сумма всех частот, вошедших в данный интервал.

Особенно следует отметить ,что $h_i-h_{i-1}=h$ при всех i, т.е. группировка проводится с равным шагом h. Также в вопросе группировки можно ориентироваться на ряд полученных опытным путём рекомендацийу, касающихся таких параметров, как а, k и $h_i$:

1. $Rраз_{мах}=X_{max}-X_{min}$

2. $h=R/k$; k-число групп

3.$ kgeq 1+3.321lgn$ (формула Стерджеса)

4. $a=x_{min}, b=x_{max}$

5.$ h=a+h_i, i=0,1…k$

Определённую в ходе решения задачи группировку удобнее всего скомпоновать и перевести в вид специальной таблицы, которая также может именоваться — «статистический интервальный ряд распределения»:

Интервалы группировки [h0;h1) [h1;h2) [hk-2;hk-1) [hk-1;hk)
Частоты n1 n2 nk-1 nk

Таблицу подобного вида можно сделать, поменяв частоты $n_i$ на относительные частоты:

Интервалы группировки [h0;h1) [h1;h2) [hk-2;hk-1) [hk-1;hk)
Отн. частоты w1 w2 wk-1 wk

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 430 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Пример 2

На склад пришла крупная партия деталей. Из них методом случайного отбора взято 50 экземпляров. Рассматривая изделия по одному, особенно интересующему признаку — размеру, определённому с точностью до 1 см, получим следующий вариационный ряд: 22, 47, 26, 26, 30, 28, 28, 31, 31, 31, 32, 32, 33, 33, 33, 33, 34, 34, 34, 34, 34, 35, 35, 36, 36, 36, 36, 36, 37, 37, 37, 37, 37, 37, 38, 38, 40, 40, 40, 40, 40, 41, 41, 43, 44, 44, 45, 45, 47, 50. Требуется произвести расчёт и определить статистический интервальный ряд распределения.

Решение

Найдём параметры выборки используя сведения из условия задачи.

$k geq1+3,321cdot lg50=1+3.32lg(5cdot10)=1+3.32(lg5+lg10)=6.6$

Получили a=22, k=7, h=(50-22)/7=4, hi=22+4i, i=0,1,…,7.

Интервалы группировки 22-26 26-30 30-34 34-38 38-42 42-46 46-50
Частоты 1 4 10 18 9 5 3
Отн. частоты 0.02 0.08 0.2 0.36 0.18 0.1 0.06

Десятичные логарифмы от 1 до 10

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
lnn≈ 0 0.3 0.48 0.6 0.7 0.78 0.85 0.9 0.95 1

Не получается написать работу самому?

Доверь это кандидату наук!

Интервальный вариационный ряд и его характеристики

  1. Построение интервального вариационного ряда по данным эксперимента
  2. Гистограмма и полигон относительных частот, кумулята и эмпирическая функция распределения
  3. Выборочная средняя, мода и медиана. Симметрия ряда
  4. Выборочная дисперсия и СКО
  5. Исправленная выборочная дисперсия, стандартное отклонение выборки и коэффициент вариации
  6. Алгоритм исследования интервального вариационного ряда
  7. Примеры

п.1. Построение интервального вариационного ряда по данным эксперимента

Интервальный вариационный ряд – это ряд распределения, в котором однородные группы составлены по признаку, меняющемуся непрерывно или принимающему слишком много значений.

Общий вид интервального вариационного ряда

Интервалы, (left.left[a_{i-1},a_iright.right)) (left.left[a_{0},a_1right.right)) (left.left[a_{1},a_2right.right)) (left.left[a_{k-1},a_kright.right))
Частоты, (f_i) (f_1) (f_2) (f_k)

Здесь k — число интервалов, на которые разбивается ряд.

Размах вариации – это длина интервала, в пределах которой изменяется исследуемый признак: $$ F=x_{max}-x_{min} $$

Правило Стерджеса
Эмпирическое правило определения оптимального количества интервалов k, на которые следует разбить ряд из N чисел: $$ k=1+lfloorlog_2 Nrfloor $$ или, через десятичный логарифм: $$ k=1+lfloor 3,322cdotlg Nrfloor $$

Скобка (lfloor rfloor) означает целую часть (округление вниз до целого числа).

Шаг интервального ряда – это отношение размаха вариации к количеству интервалов, округленное вверх до определенной точности: $$ h=leftlceilfrac Rkrightrceil $$

Скобка (lceil rceil) означает округление вверх, в данном случае не обязательно до целого числа.

Алгоритм построения интервального ряда
На входе: все значения признака (left{x_jright}, j=overline{1,N})
Шаг 1. Найти размах вариации (R=x_{max}-x_{min})
Шаг 2. Найти оптимальное количество интервалов (k=1+lfloorlog_2 Nrfloor)
Шаг 3. Найти шаг интервального ряда (h=leftlceilfrac{R}{k}rightrceil)
Шаг 4. Найти узлы ряда: $$ a_0=x_{min}, a_i=1_0+ih, i=overline{1,k} $$ Шаг 5. Найти частоты (f_i) – число попаданий значений признака в каждый из интервалов (left.left[a_{i-1},a_iright.right)).
На выходе: интервальный ряд с интервалами (left.left[a_{i-1},a_iright.right)) и частотами (f_i, i=overline{1,k})

Заметим, что поскольку шаг h находится с округлением вверх, последний узел (a_kgeq x_{max}).

Например:
Проведено 100 измерений роста учеников старших классов.
Минимальный рост составляет 142 см, максимальный – 197 см.
Найдем узлы для построения соответствующего интервального ряда.
По условию: (N=100, x_{min}=142 см, x_{max}=197 см).
Размах вариации: (R=197-142=55) (см)
Оптимальное число интервалов: (k=1+lfloor 3,322cdotlg ⁡100rfloor=1+lfloor 6,644rfloor=1+6=7)
Шаг интервального ряда: (h=lceilfrac{55}{5}rceil=lceil 7,85rceil=8) (см)
Получаем узлы ряда: $$ a_0=x_{min}=142, a_i=142+icdot 8, i=overline{1,7} $$

(left.left[a_{i-1},a_iright.right)) cм (left.left[142;150right.right)) (left.left[150;158right.right)) (left.left[158;166right.right)) (left.left[166;174right.right)) (left.left[174;182right.right)) (left.left[182;190right.right)) (left[190;198right])

п.2. Гистограмма и полигон относительных частот, кумулята и эмпирическая функция распределения

Относительная частота интервала (left.left[a_{i-1},a_iright.right)) — это отношение частоты (f_i) к общему количеству исходов: $$ w_i=frac{f_i}{N}, i=overline{1,k} $$

Гистограмма относительных частот интервального ряда – это фигура, состоящая из прямоугольников, ширина которых равна шагу ряда, а высота – относительным частотам каждого из интервалов.
Площадь гистограммы равна 1 (с точностью до округлений), и она является эмпирическим законом распределения исследуемого признака.

Полигон относительных частот интервального ряда – это ломаная, соединяющая точки ((x_i,w_i)), где (x_i) — середины интервалов: (x_i=frac{a_{i-1}+a_i}{2}, i=overline{1,k}).

Накопленные относительные частоты – это суммы: $$ S_1=w_1, S_i=S_{i-1}+w_i, i=overline{2,k} $$ Ступенчатая кривая (F(x)), состоящая из прямоугольников, ширина которых равна шагу ряда, а высота – накопленным относительным частотам, является эмпирической функцией распределения исследуемого признака.
Кумулята – это ломаная, которая соединяет точки ((x_i,S_i)), где (x_i) — середины интервалов.

Например:
Продолжим анализ распределения учеников по росту.
Выше мы уже нашли узлы интервалов. Пусть, после распределения всех 100 измерений по этим интервалам, мы получили следующий интервальный ряд:

i 1 2 3 4 5 6 7
(left.left[a_{i-1},a_iright.right)) cм (left.left[142;150right.right)) (left.left[150;158right.right)) (left.left[158;166right.right)) (left.left[166;174right.right)) (left.left[174;182right.right)) (left.left[182;190right.right)) (left[190;198right])
(f_i) 4 7 11 34 33 8 3

Найдем середины интервалов, относительные частоты и накопленные относительные частоты:

(x_i) 146 154 162 170 178 186 194
(w_i) 0,04 0,07 0,11 0,34 0,33 0,08 0,03
(S_i) 0,04 0,11 0,22 0,56 0,89 0,97 1

Построим гистограмму и полигон:
Гистограмма
Полигон
Построим кумуляту и эмпирическую функцию распределения:
Кумулята
Эмпирическая функция распределения
Эмпирическая функция распределения (относительно середин интервалов): $$ F(x)= begin{cases} 0, xleq 146\ 0,04, 146lt xleq 154\ 0,11, 154lt xleq 162\ 0,22, 162lt xleq 170\ 0,56, 170lt xleq 178\ 0,89, 178lt xleq 186\ 0,97, 186lt xleq 194\ 1, xgt 194 end{cases} $$

п.3. Выборочная средняя, мода и медиана. Симметрия ряда

Выборочная средняя интервального вариационного ряда определяется как средняя взвешенная по частотам: $$ X_{cp}=frac{x_1f_1+x_2f_2+…+x_kf_k}{N}=frac1Nsum_{i=1}^k x_if_i $$ где (x_i) — середины интервалов: (x_i=frac{a_{i-1}+a_i}{2}, i=overline{1,k}).
Или, через относительные частоты: $$ X_{cp}=sum_{i=1}^k x_iw_i $$

Модальным интервалом называют интервал с максимальной частотой: $$ f_m=max f_i $$ Мода интервального вариационного ряда определяется по формуле: $$ M_o=x_o+frac{f_m-f_{m-1}}{(f_m-f_{m-1})+(f_m+f_{m+1})}h $$ где
(h) – шаг интервального ряда;
(x_o) — нижняя граница модального интервала;
(f_m,f_{m-1},f_{m+1}) — соответственно, частоты модального интервала, интервала слева от модального и интервала справа.

Медианным интервалом называют первый интервал слева, на котором кумулята превысила значение 0,5. Медиана интервального вариационного ряда определяется по формуле: $$ M_e=x_o+frac{0,5-S_{me-1}}{w_{me}}h $$ где
(h) – шаг интервального ряда;
(x_o) — нижняя граница медианного интервала;
(S_{me-1}) накопленная относительная частота для интервала слева от медианного;
(w_{me}) относительная частота медианного интервала.

Расположение выборочной средней, моды и медианы в зависимости от симметрии ряда аналогично их расположению в дискретном ряду (см. §65 данного справочника).

Например:
Для распределения учеников по росту получаем:

(x_i) 146 154 162 170 178 186 194
(w_i) 0,04 0,07 0,11 0,34 0,33 0,08 0,03 1
(x_iw_i) 5,84 10,78 17,82 57,80 58,74 14,88 5,82 171,68

$$ X_{cp}=sum_{i=1}^k x_iw_i=171,68approx 171,7 text{(см)} $$ На гистограмме (или полигоне) относительных частот максимальная частота приходится на 4й интервал [166;174). Это модальный интервал.
Данные для расчета моды: begin{gather*} x_o=166, f_m=34, f_{m-1}=11, f_{m+1}=33, h=8\ M_o=x_o+frac{f_m-f_{m-1}}{(f_m-f_{m-1})+(f_m+f_{m+1})}h=\ =166+frac{34-11}{(34-11)+(34-33)}cdot 8approx 173,7 text{(см)} end{gather*} На кумуляте значение 0,5 пересекается на 4м интервале. Это – медианный интервал.
Данные для расчета медианы: begin{gather*} x_o=166, w_m=0,34, S_{me-1}=0,22, h=8\ \ M_e=x_o+frac{0,5-S_{me-1}}{w_me}h=166+frac{0,5-0,22}{0,34}cdot 8approx 172,6 text{(см)} end{gather*} begin{gather*} \ X_{cp}=171,7; M_o=173,7; M_e=172,6\ X_{cp}lt M_elt M_o end{gather*} Ряд асимметричный с левосторонней асимметрией.
При этом (frac{|M_o-X_{cp}|}{|M_e-X_{cp}|}=frac{2,0}{0,9}approx 2,2lt 3), т.е. распределение умеренно асимметрично.

п.4. Выборочная дисперсия и СКО

Выборочная дисперсия интервального вариационного ряда определяется как средняя взвешенная для квадрата отклонения от средней: begin{gather*} D=frac1Nsum_{i=1}^k(x_i-X_{cp})^2 f_i=frac1Nsum_{i=1}^k x_i^2 f_i-X_{cp}^2 end{gather*} где (x_i) — середины интервалов: (x_i=frac{a_{i-1}+a_i}{2}, i=overline{1,k}).
Или, через относительные частоты: $$ D=sum_{i=1}^k(x_i-X_{cp})^2 w_i=sum_{i=1}^k x_i^2 w_i-X_{cp}^2 $$

Выборочное среднее квадратичное отклонение (СКО) определяется как корень квадратный из выборочной дисперсии: $$ sigma=sqrt{D} $$

Например:
Для распределения учеников по росту получаем:

$x_i$ 146 154 162 170 178 186 194
(w_i) 0,04 0,07 0,11 0,34 0,33 0,08 0,03 1
(x_iw_i) 5,84 10,78 17,82 57,80 58,74 14,88 5,82 171,68
(x_i^2w_i) — результат 852,64 1660,12 2886,84 9826 10455,72 2767,68 1129,08 29578,08

$$ D=sum_{i=1}^k x_i^2 w_i-X_{cp}^2=29578,08-171,7^2approx 104,1 $$ $$ sigma=sqrt{D}approx 10,2 $$

п.5. Исправленная выборочная дисперсия, стандартное отклонение выборки и коэффициент вариации

Исправленная выборочная дисперсия интервального вариационного ряда определяется как: begin{gather*} S^2=frac{N}{N-1}D end{gather*}

Стандартное отклонение выборки определяется как корень квадратный из исправленной выборочной дисперсии: $$ s=sqrt{S^2} $$

Коэффициент вариации это отношение стандартного отклонения выборки к выборочной средней, выраженное в процентах: $$ V=frac{s}{X_{cp}}cdot 100text{%} $$

Подробней о том, почему и когда нужно «исправлять» дисперсию, и для чего использовать коэффициент вариации – см. §65 данного справочника.

Например:
Для распределения учеников по росту получаем: begin{gather*} S^2=frac{100}{99}cdot 104,1approx 105,1\ sapprox 10,3 end{gather*} Коэффициент вариации: $$ V=frac{10,3}{171,7}cdot 100text{%}approx 6,0text{%}lt 33text{%} $$ Выборка однородна. Найденное значение среднего роста (X_{cp})=171,7 см можно распространить на всю генеральную совокупность (старшеклассников из других школ).

п.6. Алгоритм исследования интервального вариационного ряда

На входе: все значения признака (left{x_jright}, j=overline{1,N})
Шаг 1. Построить интервальный ряд с интервалами (left.right[a_{i-1}, a_ileft.right)) и частотами (f_i, i=overline{1,k}) (см. алгоритм выше).
Шаг 2. Составить расчетную таблицу. Найти (x_i,w_i,S_i,x_iw_i,x_i^2w_i)
Шаг 3. Построить гистограмму (и/или полигон) относительных частот, эмпирическую функцию распределения (и/или кумуляту). Записать эмпирическую функцию распределения.
Шаг 4. Найти выборочную среднюю, моду и медиану. Проанализировать симметрию распределения.
Шаг 5. Найти выборочную дисперсию и СКО.
Шаг 6. Найти исправленную выборочную дисперсию, стандартное отклонение и коэффициент вариации. Сделать вывод об однородности выборки.

п.7. Примеры

Пример 1. При изучении возраста пользователей коворкинга выбрали 30 человек.
Получили следующий набор данных:
18,38,28,29,26,38,34,22,28,30,22,23,35,33,27,24,30,32,28,25,29,26,31,24,29,27,32,24,29,29
Постройте интервальный ряд и исследуйте его.

1) Построим интервальный ряд. В наборе данных: $$ x_{min}=18, x_{max}=38, N=30 $$ Размах вариации: (R=38-18=20)
Оптимальное число интервалов: (k=1+lfloorlog_2⁡ 30rfloor=1+4=5)
Шаг интервального ряда: (h=lceilfrac{20}{5}rceil=4)
Получаем узлы ряда: $$ a_0=x_{min}=18, a_i=18+icdot 4, i=overline{1,5} $$

(left.left[a_{i-1},a_iright.right)) лет (left.left[18;22right.right)) (left.left[22;26right.right)) (left.left[26;30right.right)) (left.left[30;34right.right)) (left.left[34;38right.right))

Считаем частоты для каждого интервала. Получаем интервальный ряд:

(left.left[a_{i-1},a_iright.right)) лет (left.left[18;22right.right)) (left.left[22;26right.right)) (left.left[26;30right.right)) (left.left[30;34right.right)) (left.left[34;38right.right))
(f_i) 1 7 12 6 4

2) Составляем расчетную таблицу:

(x_i) 20 24 28 32 36
(f_i) 1 7 12 6 4 30
(w_i) 0,033 0,233 0,4 0,2 0,133 1
(S_i) 0,033 0,267 0,667 0,867 1
(x_iw_i) 0,667 5,6 11,2 6,4 4,8 28,67
(x_i^2w_i) 13,333 134,4 313,6 204,8 172,8 838,93

3) Строим полигон и кумуляту
Пример 1
Пример 1
Эмпирическая функция распределения: $$ F(x)= begin{cases} 0, xleq 20\ 0,033, 20lt xleq 24\ 0,267, 24lt xleq 28\ 0,667, 28lt xleq 32\ 0,867, 32lt xleq 36\ 1, xgt 36 end{cases} $$ 4) Находим выборочную среднюю, моду и медиану $$ X_{cp}=sum_{i=1}^k x_iw_iapprox 28,7 text{(лет)} $$ На полигоне модальным является 3й интервал (самая высокая точка).
Данные для расчета моды: begin{gather*} x_0=26, f_m=12, f_{m-1}=7, f_{m+1}=6, h=4\ M_o=x_o+frac{f_m-f_{m-1}}{(f_m-f_{m-1})+(f_m+f_{m+1})}h=\ =26+frac{12-7}{(12-7)+(12-6)}cdot 4approx 27,8 text{(лет)} end{gather*}
На кумуляте медианным является 3й интервал (преодолевает уровень 0,5).
Данные для расчета медианы: begin{gather*} x_0=26, w_m=0,4, S_{me-1}=0,267, h=4\ M_e=x_o+frac{0,5-S_{me-1}}{w_{me}}h=26+frac{0,5-0,4}{0,267}cdot 4approx 28,3 text{(лет)} end{gather*} Получаем: begin{gather*} X_{cp}=28,7; M_o=27,8; M_e=28,6\ X_{cp}gt M_egt M_0 end{gather*} Ряд асимметричный с правосторонней асимметрией.
При этом (frac{|M_o-X_{cp}|}{|M_e-X_{cp}|} =frac{0,9}{0,1}=9gt 3), т.е. распределение сильно асимметрично.

5) Находим выборочную дисперсию и СКО: begin{gather*} D=sum_{i=1}^k x_i^2w_i-X_{cp}^2=838,93-28,7^2approx 17,2\ sigma=sqrt{D}approx 4,1 end{gather*}
6) Исправленная выборочная дисперсия: $$ S^2=frac{N}{N-1}D=frac{30}{29}cdot 17,2approx 17,7 $$ Стандартное отклонение (s=sqrt{S^2}approx 4,2)
Коэффициент вариации: (V=frac{4,2}{28,7}cdot 100text{%}approx 14,7text{%}lt 33text{%})
Выборка однородна. Найденное значение среднего возраста (X_{cp}=28,7) лет можно распространить на всю генеральную совокупность (пользователей коворкинга).

При систематизации данных выборочных обследований используются статистические дискретные и интервальные ряды распределения.

1. Статистическое дискретное распределение. Полигон.
Пусть из генеральной совокупности извлечена выборка, причем х1 наблюдалось n1 раз, х2 – n2 раз, хk – nk раз и ∑ni=n — объем выборки. Наблюдаемые значения х1 называют вариантами, а последовательность вариант, записанных в возрастающем порядке – вариационным рядом. Число наблюдений варианты называют частотой, а ее отношение к объему выборки — относительной частотой ni/n=wi

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Статистическим (эмпирическим) законом распределения выборки, или просто статистическим распределением выборки называют последовательность вариант хi и соответствующих им частот ni или относительных частот wi.

Статистическое распределение выборки удобно представлять в форме таблицы распределения частот, называемой статистическим дискретным рядом распределения:

x1 x2 xm
n1 n2 nm

(сумма всех частот равна объему выборки ∑ni=n)
или в виде таблицы распределения относительных частот:

x1 x2 xm
w1 w2 wm

(сумма всех относительных частот равна единице ∑wi=1)

Пример 1. При измерениях в однородных группах обследуемых получены следующие выборки: 71, 72, 74, 70, 70, 72, 71, 74, 71, 72, 71, 73, 72, 72, 72, 74, 72, 73, 72, 74 (частота пульса). Составить по этим результатам статистический ряд распределения частот и относительных частот.

Решение. 1) Статистический ряд распределения частот:

xi 70 71 72 73 74
ni 2 4 8 2 4

2) Объем выборки: n=2+4+8+2+4=20. Найдем относительные частоты, для чего разделим частоты на объем выборки ni/n=wi: wi=2/20=0.1; w2=4/20=0.2; w3=0.4; w4=4/20=0.1; w5=2/20=0.2. Напишем распределение относительных частот:

xi 70 71 72 73 74
wi 0.1 0.2 0.4 0.1 0.2

Контроль: 0,1+0,2+0,4+0,1+0,2=1.

Полигоном частот называют ломаную, отрезки, которой соединяют точки (х1,n1),(х2,n2),…,(хk,nk). Для построения полигона частот на оси абсцисс откладывают варианты х2, а на оси ординат – соответствующие им частоты ni. Точки (хi,ni) соединяют отрезками и получают полигон частот.

Полигоном относительных частот называют ломаную, отрезки, которой соединяют точки (х1,w1),(х2,w2),…,(хk,wk). Для построения полигона относительных частот на оси абсцисс откладывают варианты хi, а на оси ординат соответствующие им частоты wi. Точки (хi,wi) соединяют отрезками и получают полигон относительных частот.

Пример 2. Постройте полигон частот и относительных частот по данным примера 1.
Решение: Используя дискретный статистический ряд распределения, составленный в примере 1 построим полигон частот и полигон относительных частот:

2. Статистический интервальный ряд распределения. Гистограмма. Статистическим дискретным рядом (или эмпирической функцией распределения) обычно пользуются в том случае, когда отличных друг от друга вариант в выборке не слишком много, или тогда, когда дискретность по тем или иным причинам существенна для исследователя. Если же интересующий нас признак генеральной совокупности Х распределен непрерывно или его дискретность нецелесообразно ( или невозможно) учитывать, то варианты группируются в интервалы.

Статистическое распределение можно задать также в виде последовательности интервалов и соответствующих им частот (в качестве частоты, соответствующей интервалу, принимают сумму частот, попавших в этот интервал).

Замечание. Часто hi-hi-1=h при всех i, т.е. группировку осуществляют с равным шагом h. В этой ситуации можно руководствоваться следующими эмперическими рекомендациями по выборке а, k и hi:

1. Rразмах=Xmax-Xmin
2. h=R/k; k-число групп
3. k≥1+3.321lgn (формула Стерджеса)
4. a=xmin, b=xmax
5. h=a+ih, i=0,1…k

Полученную группировку удобно представить в форме частотной таблицы, которая носит название статистический интервальный ряд распределения:

Интервалы группировки [h0;h1) [h1;h2) [hk-2;hk-1) [hk-1;hk)
Частоты n1 n2 nk-1 nk

Аналогическую таблицу можно образовать, заменяя частоты ni относительными частотами:

Интервалы группировки [h0;h1) [h1;h2) [hk-2;hk-1) [hk-1;hk)
Отн. частоты w1 w2 wk-1 wk

Пример 3. Из очень большой партии деталей извлечена случайная выборка объема 50 интересующий нас признак Х-размеры деталей, измеренные с точностью до 1см, представлен следующим вариоционным рядом: 22, 47, 26, 26, 30, 28, 28, 31, 31, 31, 32, 32, 33, 33, 33, 33, 34, 34, 34, 34, 34, 35, 35, 36, 36, 36, 36, 36, 37, 37, 37, 37, 37, 37, 38, 38, 40, 40, 40, 40, 40, 41, 41, 43, 44, 44, 45, 45, 47, 50. Найти статистический интервальный ряд распределения.

Решение. Определим характеристики группировки с помощью замечания.
k≥1+3.321lg50=1+3.32lg(5•10)=1+3.32(lg5+lg10)=6.6
Имеем, a=22, k=7, h=(50-22)/7=4, hi=22+4i, i=0,1,…,7.

Интервалы группировки 22-26 26-30 30-34 34-38 38-42 42-46 46-50
Частоты ni 1 4 10 18 9 5 3
Отн.частоты wi 0.02 0.08 0.2 0.36 0.18 0.1 0.06

Десятичные логарифмы от 1 до 10

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
lnn 0 0.3 0.48 0.6 0.7 0.78 0.85 0.9 0.95 1

Наиболее информативной графической формой частот является специальный график, называемы гистограммой частот.

Гистограммой частот называют ступенчатую фигуру, состоящую из прямоугольников, основаниями которых служат частичные интервалы длиною h, а высоты равны отношению ni/h (плотность частоты).

Для построения гистограммы частот на оси абсцисс откладывают частичные интервалы, а над ними проводят отрезки, параллельные оси абсцисс на расстоянии ni/h. Площадь i-го частичного прямоугольника равна h•ni/h=ni — сумме частот вариант i-го интервала; следовательно, площадь гистограммы частот равна сумме всех частот, т.е. объему выборки.

Гистограммой относительных частот называют ступенчатую фигуру, состоящую из прямоугольников, основаниями которых служат частичные интервалы длиною h, а высоты равны отношению wi/h (плотность относительной частоты).

Для построения гистограммы относительных частот на оси абсцисс откладывают частичные интервалы, а над ними проводят отрезки, параллельные оси абсцисс на расстоянии wi/h. Площадь i-го частичного прямоугольника равна h•wi/h=wi — относительной частоте вариант, попавших в i-й интервал. Следовательно, площадь гистограммы относительных частот равна сумме всех относительных частот, т.е. единице.

Пример 4. Постройте гистограмму частот и относительных частот по данным примера 3.

Выборочная медиана – это середина вариационного ряда, значение, расположенное на одинаковом расстоянии от левой и правой границы выборки.

Выборочная мода – это наиболее вероятное, т.е. чаще всего встречающееся, значение в выборке.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.

Регистрация Вход

Понравилась статья? Поделить с друзьями:

Не пропустите также:

  • Бизнес план на расширение бизнеса как составить
  • Как найти потерянные вещи в аэропорту
  • Как найти среднее арифметическое число двух чисел
  • Как найти ковалентную связь атома
  • Как найти значение равновесной цены

  • 0 0 голоса
    Рейтинг статьи
    Подписаться
    Уведомить о
    guest

    0 комментариев
    Старые
    Новые Популярные
    Межтекстовые Отзывы
    Посмотреть все комментарии