Ошибки I и II рода при проверке гипотез, мощность
Общий обзор
Принятие неправильного решения
Мощность и связанные факторы
Проверка множественных гипотез
Общий обзор
Большинство проверяемых гипотез сравнивают между собой группы объектов, которые испытывают влияние различных факторов.
Например, можно сравнить эффективность двух видов лечения, чтобы сократить 5-летнюю смертность от рака молочной железы. Для данного исхода (например, смерть) сравнение, представляющее интерес (например, различные показатели смертности через 5 лет), называют эффектом или, если уместно, эффектом лечения.
Нулевую гипотезу выражают как отсутствие эффекта (например 5-летняя смертность от рака молочной железы одинаковая в двух группах, получающих разное лечение); двусторонняя альтернативная гипотеза будет означать, что различие эффектов не равно нулю.
Критериальная проверка гипотезы дает возможность определить, достаточно ли аргументов, чтобы отвергнуть нулевую гипотезу. Можно принять только одно из двух решений:
- отвергнуть нулевую гипотезу и принять альтернативную гипотезу
- остаться в рамках нулевой гипотезы
Важно: В литературе достаточно часто встречается понятие «принять нулевую гипотезу». Хотелось бы внести ясность, что со статистической точки зрения принять нулевую гипотезу невозможно, т.к. нулевая гипотеза представляет собой достаточно строгое утверждение (например, средние значения в сравниваемых группах равны ).
Поэтому фразу о принятии нулевой гипотезы следует понимать как то, что мы просто остаемся в рамках гипотезы.
Принятие неправильного решения
Возможно неправильное решение, когда отвергают/не отвергают нулевую гипотезу, потому что есть только выборочная информация.
|
Верная гипотеза | ||
---|---|---|---|
H0 | H1 | ||
Результат применения критерия |
H0 | H0 верно принята | H0 неверно принята (Ошибка второго рода) |
H1 | H0 неверно отвергнута (Ошибка первого рода) |
H0 верно отвергнута |
Ошибка 1-го рода: нулевую гипотезу отвергают, когда она истинна, и делают вывод, что имеется эффект, когда в действительности его нет. Максимальный шанс (вероятность) допустить ошибку 1-го рода обозначается α (альфа). Это уровень значимости критерия; нулевую гипотезу отвергают, если наше значение p ниже уровня значимости, т. е., если p < α.
Следует принять решение относительно значения а прежде, чем будут собраны данные; обычно назначают условное значение 0,05, хотя можно выбрать более ограничивающее значение, например 0,01.
Шанс допустить ошибку 1-го рода никогда не превысит выбранного уровня значимости, скажем α = 0,05, так как нулевую гипотезу отвергают только тогда, когда p< 0,05. Если обнаружено, что p > 0,05, то нулевую гипотезу не отвергнут и, следовательно, не допустят ошибки 1-го рода.
Ошибка 2-го рода: не отвергают нулевую гипотезу, когда она ложна, и делают вывод, что нет эффекта, тогда как в действительности он существует. Шанс возникновения ошибки 2-го рода обозначается β (бета); а величина (1-β) называется мощностью критерия.
Следовательно, мощность — это вероятность отклонения нулевой гипотезы, когда она ложна, т.е. это шанс (обычно выраженный в процентах) обнаружить реальный эффект лечения в выборке данного объема как статистически значимый.
В идеале хотелось бы, чтобы мощность критерия составляла 100%; однако это невозможно, так как всегда остается шанс, хотя и незначительный, допустить ошибку 2-го рода.
К счастью, известно, какие факторы влияют на мощность и, таким образом, можно контролировать мощность критерия, рассматривая их.
Мощность и связанные факторы
Планируя исследование, необходимо знать мощность предложенного критерия. Очевидно, можно начинать исследование, если есть «хороший» шанс обнаружить уместный эффект, если таковой существует (под «хорошим» мы подразумеваем, что мощность должна быть по крайней мере 70-80%).
Этически безответственно начинать исследование, у которого, скажем, только 40% вероятности обнаружить реальный эффект лечения; это бесполезная трата времени и денежных средств.
Ряд факторов имеют прямое отношение к мощности критерия.
Объем выборки: мощность критерия увеличивается по мере увеличения объема выборки. Это означает, что у большей выборки больше возможностей, чем у незначительной, обнаружить важный эффект, если он существует.
Когда объем выборки небольшой, у критерия может быть недостаточно мощности, чтобы обнаружить отдельный эффект. Эти методы также можно использовать для оценки мощности критерия для точно установленного объема выборки.
Вариабельность наблюдений: мощность увеличивается по мере того, как вариабельность наблюдений уменьшается.
Интересующий исследователя эффект: мощность критерия больше для более высоких эффектов. Критерий проверки гипотез имеет больше шансов обнаружить значительный реальный эффект, чем незначительный.
Уровень значимости: мощность будет больше, если уровень значимости выше (это эквивалентно увеличению допущения ошибки 1-го рода, α, а допущение ошибки 2-го рода, β, уменьшается).
Таким образом, вероятнее всего, исследователь обнаружит реальный эффект, если на стадии планирования решит, что будет рассматривать значение р как значимое, если оно скорее будет меньше 0,05, чем меньше 0,01.
Обратите внимание, что проверка ДИ для интересующего эффекта указывает на то, была ли мощность адекватной. Большой доверительный интервал следует из небольшой выборки и/или набора данных с существенной вариабельностью и указывает на недостаточную мощность.
Проверка множественных гипотез
Часто нужно выполнить критериальную проверку значимости множественных гипотез на наборе данных с многими переменными или существует более двух видов лечения.
Ошибка 1-го рода драматически увеличивается по мере увеличения числа сравнений, что приводит к ложным выводам относительно гипотез. Следовательно, следует проверить только небольшое число гипотез, выбранных для достижения первоначальной цели исследования и точно установленных априорно.
Можно использовать какую-нибудь форму апостериорного уточнения значения р, принимая во внимание число выполненных проверок гипотез.
Например, при подходе Бонферрони (его часто считают довольно консервативным) умножают каждое значение р на число выполненных проверок; тогда любые решения относительно значимости будут основываться на этом уточненном значении р.
Связанные определения:
p-уровень
Альтернативная гипотеза, альтернатива
Альфа-уровень
Бета-уровень
Гипотеза
Двусторонний критерий
Критерий для проверки гипотезы
Критическая область проверки гипотезы
Мощность
Мощность исследования
Мощность статистического критерия
Нулевая гипотеза
Односторонний критерий
Ошибка I рода
Ошибка II рода
Статистика критерия
Эквивалентные статистические критерии
В начало
Содержание портала
Ошибки первого и второго рода
Выдвинутая гипотеза
может быть правильной или неправильной,
поэтому возникает необходимость её
проверки. Поскольку проверку производят
статистическими методами, её называют
статистической. В итоге статистической
проверки гипотезы в двух случаях может
быть принято неправильное решение, т.
е. могут быть допущены ошибки двух родов.
Ошибка первого
рода состоит в том, что будет отвергнута
правильная гипотеза.
Ошибка второго
рода состоит в том, что будет принята
неправильная гипотеза.
Подчеркнём, что
последствия этих ошибок могут оказаться
весьма различными. Например, если
отвергнуто правильное решение «продолжать
строительство жилого дома», то эта
ошибка первого рода повлечёт материальный
ущерб: если же принято неправильное
решение «продолжать строительство»,
несмотря на опасность обвала стройки,
то эта ошибка второго рода может повлечь
гибель людей. Можно привести примеры,
когда ошибка первого рода влечёт более
тяжёлые последствия, чем ошибка второго
рода.
Замечание 1.
Правильное решение может быть принято
также в двух случаях:
-
гипотеза принимается,
причём и в действительности она
правильная; -
гипотеза отвергается,
причём и в действительности она неверна.
Замечание 2.
Вероятность совершить ошибку первого
рода принято обозначать через
;
её называют уровнем значимости. Наиболее
часто уровень значимости принимают
равным 0,05 или 0,01. Если, например, принят
уровень значимости, равный 0,05, то это
означает, что в пяти случаях из ста
имеется риск допустить ошибку первого
рода (отвергнуть правильную гипотезу).
Статистический
критерий проверки нулевой гипотезы.
Наблюдаемое значение критерия
Для проверки
нулевой гипотезы используют специально
подобранную случайную величину, точное
или приближённое распределение которой
известно. Обозначим эту величину в целях
общности через
.
Статистическим
критерием
(или просто критерием) называют случайную
величину
,
которая служит для проверки нулевой
гипотезы.
Например, если
проверяют гипотезу о равенстве дисперсий
двух нормальных генеральных совокупностей,
то в качестве критерия
принимают отношение исправленных
выборочных дисперсий:.
Эта величина
случайная, потому что в различных опытах
дисперсии принимают различные, наперёд
неизвестные значения, и распределена
по закону Фишера – Снедекора.
Для проверки
гипотезы по данным выборок вычисляют
частные значения входящих в критерий
величин и таким образом получают частное
(наблюдаемое) значение критерия.
Наблюдаемым
значением
называют значение критерия, вычисленное
по выборкам. Например, если по двум
выборкам найдены исправленные выборочные
дисперсиии
,
то наблюдаемое значение критерия.
Критическая
область. Область принятия гипотезы.
Критические точки
После выбора
определённого критерия множество всех
его возможных значений разбивают на
два непересекающихся подмножества:
одно из них содержит значения критерия,
при которых нулевая гипотеза отвергается,
а другая – при которых она принимается.
Критической
областью называют совокупность значений
критерия, при которых нулевую гипотезу
отвергают.
Областью принятия
гипотезы (областью допустимых значений)
называют совокупность значений критерия,
при которых гипотезу принимают.
Основной принцип
проверки статистических гипотез можно
сформулировать так: если наблюдаемое
значение критерия принадлежит критической
области – гипотезу отвергают, если
наблюдаемое значение критерия принадлежит
области принятия гипотезы – гипотезу
принимают.
Поскольку критерий
— одномерная случайная величина, все её
возможные значения принадлежат некоторому
интервалу. Поэтому критическая область
и область принятия гипотезы также
являются интервалами и, следовательно,
существуют точки, которые их разделяют.
Критическими
точками (границами)
называют точки, отделяющие критическую
область от области принятия гипотезы.
Различают
одностороннюю (правостороннюю или
левостороннюю) и двустороннюю критические
области.
Правосторонней
называют критическую область, определяемую
неравенством
>
,
где— положительное число.
Левосторонней
называют критическую область, определяемую
неравенством
<
,
где— отрицательное число.
Односторонней
называют правостороннюю или левостороннюю
критическую область.
Двусторонней
называют критическую область, определяемую
неравенствами
где
.
В частности, если
критические точки симметричны относительно
нуля, двусторонняя критическая область
определяется неравенствами ( в
предположении, что
>0):
,
или равносильным неравенством
.
Отыскание
правосторонней критической области
Как найти критическую
область? Обоснованный ответ на этот
вопрос требует привлечения довольно
сложной теории. Ограничимся её элементами.
Для определённости начнём с нахождения
правосторонней критической области,
которая определяется неравенством
>
,
где>0.
Видим, что для отыскания правосторонней
критической области достаточно найти
критическую точку. Следовательно,
возникает новый вопрос: как её найти?
Для её нахождения
задаются достаточной малой вероятностью
– уровнем значимости
.
Затем ищут критическую точку,
исходя из требования, чтобы при условии
справедливости нулевой гипотезы
вероятность того, критерийпримет значение, большее
,
была равна принятому уровню значимости:
Р(>
)=
.
Для каждого критерия
имеются соответствующие таблицы, по
которым и находят критическую точку,
удовлетворяющую этому требованию.
Замечание 1.
Когда
критическая точка уже найдена, вычисляют
по данным выборок наблюдаемое значение
критерия и, если окажется, что
>
,
то нулевую гипотезу отвергают; если же<
,
то нет оснований, чтобы отвергнуть
нулевую гипотезу.
Пояснение. Почему
правосторонняя критическая область
была определена, исходя из требования,
чтобы при справедливости нулевой
гипотезы выполнялось соотношение
Р(>
)=
?
(*)
Поскольку вероятность
события
>
мала (
— малая вероятность), такое событие при
справедливости нулевой гипотезы, в силу
принципа практической невозможности
маловероятных событий, в единичном
испытании не должно наступить. Если всё
же оно произошло, т.е. наблюдаемое
значение критерия оказалось больше,
то это можно объяснить тем, что нулевая
гипотеза ложна и, следовательно, должна
быть отвергнута. Таким образом, требование
(*) определяет такие значения критерия,
при которых нулевая гипотеза отвергается,
а они и составляют правостороннюю
критическую область.
Замечание 2.
Наблюдаемое значение критерия может
оказаться большим
не потому, что нулевая гипотеза ложна,
а по другим причинам (малый объём выборки,
недостатки методики эксперимента и
др.). В этом случае, отвергнув правильную
нулевую гипотезу, совершают ошибку
первого рода. Вероятность этой ошибки
равна уровню значимости.
Итак, пользуясь требованием (*), мы с
вероятностьюрискуем совершить ошибку первого рода.
Замечание 3. Пусть
нулевая гипотеза принята; ошибочно
думать, что тем самым она доказана.
Действительно, известно, что один пример,
подтверждающий справедливость некоторого
общего утверждения, ещё не доказывает
его. Поэтому более правильно говорить,
«данные наблюдений согласуются с нулевой
гипотезой и, следовательно, не дают
оснований её отвергнуть».
На практике для
большей уверенности принятия гипотезы
её проверяют другими способами или
повторяют эксперимент, увеличив объём
выборки.
Отвергают гипотезу
более категорично, чем принимают.
Действительно, известно, что достаточно
привести один пример, противоречащий
некоторому общему утверждению, чтобы
это утверждение отвергнуть. Если
оказалось, что наблюдаемое значение
критерия принадлежит критической
области, то этот факт и служит примером,
противоречащим нулевой гипотезе, что
позволяет её отклонить.
Отыскание
левосторонней и двусторонней критических
областей***
Отыскание
левосторонней и двусторонней критических
областей сводится (так же, как и для
правосторонней) к нахождению соответствующих
критических точек. Левосторонняя
критическая область определяется
неравенством
<
(
<0).
Критическую точку находят, исходя из
требования, чтобы при справедливости
нулевой гипотезы вероятность того, что
критерий примет значение, меньшее,
была равна принятому уровню значимости:
Р(<
)=
.
Двусторонняя
критическая область определяется
неравенствами
Критические
точки находят, исходя из требования,
чтобы при справедливости нулевой
гипотезы сумма вероятностей того, что
критерий примет значение, меньшееили большее
,
была равна принятому уровню значимости:
.
(*)
Ясно, что критические
точки могут быть выбраны бесчисленным
множеством способов. Если же распределение
критерия симметрично относительно нуля
и имеются основания (например, для
увеличения мощности) выбрать симметричные
относительно нуля точки (-
)и
(
>0),
то
Учитывая (*), получим
.
Это соотношение
и служит для отыскания критических
точек двусторонней критической области.
Критические точки находят по соответствующим
таблицам.
Дополнительные
сведения о выборе критической области.
Мощность критерия
Мы строили
критическую область, исходя из требования,
чтобы вероятность попадания в неё
критерия была равна
при условии, что нулевая гипотеза
справедлива. Оказывается целесообразным
ввести в рассмотрение вероятность
попадания критерия в критическую область
при условии, что нулевая гипотеза неверна
и, следовательно, справедлива конкурирующая.
Мощностью критерия
называют вероятность попадания критерия
в критическую область при условии, что
справедлива конкурирующая гипотеза.
Другими словами, мощность критерия есть
вероятность того, что нулевая гипотеза
будет отвергнута, если верна конкурирующая
гипотеза.
Пусть для проверки
гипотезы принят определённый уровень
значимости и выборка имеет фиксированный
объём. Остаётся произвол в выборе
критической области. Покажем, что её
целесообразно построить так, чтобы
мощность критерия была максимальной.
Предварительно убедимся, что если
вероятность ошибки второго рода (принять
неправильную гипотезу) равна
,
то мощность равна 1-.
Действительно, если— вероятность ошибки второго рода, т.е.
события «принята нулевая гипотеза,
причём справедливо конкурирующая», то
мощность критерия равна 1 —.
Пусть мощность 1
—
возрастает; следовательно, уменьшается
вероятностьсовершить ошибку второго рода. Таким
образом, чем мощность больше, тем
вероятность ошибки второго рода меньше.
Итак, если уровень
значимости уже выбран, то критическую
область следует строить так, чтобы
мощность критерия была максимальной.
Выполнение этого требования должно
обеспечить минимальную ошибку второго
рода, что, конечно, желательно.
Замечание 1.
Поскольку вероятность события «ошибка
второго рода допущена» равна
,
то вероятность противоположного события
«ошибка второго рода не допущена» равна
1 —,
т.е. мощности критерия. Отсюда следует,
что мощность критерия есть вероятность
того, что не будет допущена ошибка
второго рода.
Замечание 2. Ясно,
что чем меньше вероятности ошибок
первого и второго рода, тем критическая
область «лучше». Однако при заданном
объёме выборки уменьшить одновременно
и
невозможно; если уменьшить
,
тобудет возрастать. Например, если принять
=0,
то будут приниматься все гипотезы, в
том числе и неправильные, т.е. возрастает
вероятностьошибки второго рода.
Как же выбрать
наиболее целесообразно? Ответ на этот
вопрос зависит от «тяжести последствий»
ошибок для каждой конкретной задачи.
Например, если ошибка первого рода
повлечёт большие потери, а второго рода
– малые, то следует принять возможно
меньшее.
Если
уже выбрано, то, пользуясь теоремой Ю.
Неймана и Э.Пирсона, можно построить
критическую область, для которойбудет минимальным и, следовательно,
мощность критерия максимальной.
Замечание 3.
Единственный способ одновременного
уменьшения вероятностей ошибок первого
и второго рода состоит в увеличении
объёма выборок.
Соседние файлы в папке Лекции 2 семестр
- #
- #
- #
- #
Содержание
- Ошибки I и II рода при проверке гипотез, мощность
- Общий обзор
- Принятие неправильного решения
- Мощность и связанные факторы
- Проверка множественных гипотез
- Виды ошибок при проверке гипотез
- Введение в проверку гипотез
- Два типа статистических гипотез
- Проверка гипотез
- Два типа ошибок принятия решений
- Односторонний и двусторонний тесты
- Раздел 2 лекция 5
Ошибки I и II рода при проверке гипотез, мощность
Общий обзор
Большинство проверяемых гипотез сравнивают между собой группы объектов, которые испытывают влияние различных факторов.
Например, можно сравнить эффективность двух видов лечения, чтобы сократить 5-летнюю смертность от рака молочной железы. Для данного исхода (например, смерть) сравнение, представляющее интерес (например, различные показатели смертности через 5 лет), называют эффектом или, если уместно, эффектом лечения.
Нулевую гипотезу выражают как отсутствие эффекта (например 5-летняя смертность от рака молочной железы одинаковая в двух группах, получающих разное лечение); двусторонняя альтернативная гипотеза будет означать, что различие эффектов не равно нулю.
Критериальная проверка гипотезы дает возможность определить, достаточно ли аргументов, чтобы отвергнуть нулевую гипотезу. Можно принять только одно из двух решений:
- отвергнуть нулевую гипотезу и принять альтернативную гипотезу
- остаться в рамках нулевой гипотезы
Важно: В литературе достаточно часто встречается понятие «принять нулевую гипотезу». Хотелось бы внести ясность, что со статистической точки зрения принять нулевую гипотезу невозможно, т.к. нулевая гипотеза представляет собой достаточно строгое утверждение (например, средние значения в сравниваемых группах равны ).
Поэтому фразу о принятии нулевой гипотезы следует понимать как то, что мы просто остаемся в рамках гипотезы.
Принятие неправильного решения
Возможно неправильное решение, когда отвергают/не отвергают нулевую гипотезу, потому что есть только выборочная информация.
Верная гипотеза | |||
---|---|---|---|
H | H1 | ||
Результат применения критерия |
H | H верно принята | H неверно принята (Ошибка второго рода) |
H1 | H неверно отвергнута (Ошибка первого рода) |
H верно отвергнута |
Ошибка 1-го рода: нулевую гипотезу отвергают, когда она истинна, и делают вывод, что имеется эффект, когда в действительности его нет. Максимальный шанс (вероятность) допустить ошибку 1-го рода обозначается α (альфа). Это уровень значимости критерия; нулевую гипотезу отвергают, если наше значение p ниже уровня значимости, т. е., если p 0,05, то нулевую гипотезу не отвергнут и, следовательно, не допустят ошибки 1-го рода.
Ошибка 2-го рода: не отвергают нулевую гипотезу, когда она ложна, и делают вывод, что нет эффекта, тогда как в действительности он существует. Шанс возникновения ошибки 2-го рода обозначается β (бета); а величина (1-β) называется мощностью критерия.
Следовательно, мощность — это вероятность отклонения нулевой гипотезы, когда она ложна, т.е. это шанс (обычно выраженный в процентах) обнаружить реальный эффект лечения в выборке данного объема как статистически значимый.
В идеале хотелось бы, чтобы мощность критерия составляла 100%; однако это невозможно, так как всегда остается шанс, хотя и незначительный, допустить ошибку 2-го рода.
К счастью, известно, какие факторы влияют на мощность и, таким образом, можно контролировать мощность критерия, рассматривая их.
Мощность и связанные факторы
Планируя исследование, необходимо знать мощность предложенного критерия. Очевидно, можно начинать исследование, если есть «хороший» шанс обнаружить уместный эффект, если таковой существует (под «хорошим» мы подразумеваем, что мощность должна быть по крайней мере 70-80%).
Этически безответственно начинать исследование, у которого, скажем, только 40% вероятности обнаружить реальный эффект лечения; это бесполезная трата времени и денежных средств.
Ряд факторов имеют прямое отношение к мощности критерия.
Объем выборки: мощность критерия увеличивается по мере увеличения объема выборки. Это означает, что у большей выборки больше возможностей, чем у незначительной, обнаружить важный эффект, если он существует.
Когда объем выборки небольшой, у критерия может быть недостаточно мощности, чтобы обнаружить отдельный эффект. Эти методы также можно использовать для оценки мощности критерия для точно установленного объема выборки.
Вариабельность наблюдений: мощность увеличивается по мере того, как вариабельность наблюдений уменьшается.
Интересующий исследователя эффект: мощность критерия больше для более высоких эффектов. Критерий проверки гипотез имеет больше шансов обнаружить значительный реальный эффект, чем незначительный.
Уровень значимости: мощность будет больше, если уровень значимости выше (это эквивалентно увеличению допущения ошибки 1-го рода, α, а допущение ошибки 2-го рода, β, уменьшается).
Таким образом, вероятнее всего, исследователь обнаружит реальный эффект, если на стадии планирования решит, что будет рассматривать значение р как значимое, если оно скорее будет меньше 0,05, чем меньше 0,01.
Обратите внимание, что проверка ДИ для интересующего эффекта указывает на то, была ли мощность адекватной. Большой доверительный интервал следует из небольшой выборки и/или набора данных с существенной вариабельностью и указывает на недостаточную мощность.
Проверка множественных гипотез
Часто нужно выполнить критериальную проверку значимости множественных гипотез на наборе данных с многими переменными или существует более двух видов лечения.
Ошибка 1-го рода драматически увеличивается по мере увеличения числа сравнений, что приводит к ложным выводам относительно гипотез. Следовательно, следует проверить только небольшое число гипотез, выбранных для достижения первоначальной цели исследования и точно установленных априорно.
Можно использовать какую-нибудь форму апостериорного уточнения значения р, принимая во внимание число выполненных проверок гипотез.
Например, при подходе Бонферрони (его часто считают довольно консервативным) умножают каждое значение р на число выполненных проверок; тогда любые решения относительно значимости будут основываться на этом уточненном значении р.
Источник
Виды ошибок при проверке гипотез
1) Ошибка первого рода.
Нулевая гипотеза H отвергается, хотя является верной. Вероятность совершения такой ошибки равна .
2) Ошибка второго рода.
Нулевая гипотеза H принимается, хотя является неверной. Вероятность совершения этой ошибки равна 1 — . Здесь
— вероятность того, что ошибка второго рода не будет допущена (так называемая мощность критерия).
Пусть, например, нулевая гипотеза H означает, что определенная партия товаров соответствует условиям поставки. Если эта партия отклоняется, хотя гипотеза соответствуетдействительности, то совершается ошибка первого рода. В таком случае говорят о риске производителя товаров. Если же партия принимается, хотя она и не соответствует условиям поставки, то имеет место ошибка второго рода (так называемый риск потребителя).
Глава 1 Макроэкономичекое планирование и прогнозированиев системе регулирования социальногорыночного хозяйства
Источник
Введение в проверку гипотез
Статистическая гипотеза – это предположение о параметре совокупности .
Например, мы можем предположить, что средний рост мужчины в США составляет 70 дюймов.
Предположение о росте является статистической гипотезой , а истинный средний рост мужчины в США является популяционным параметром .
Проверка гипотезы — это формальный статистический тест, который мы используем, чтобы отвергнуть или не опровергнуть статистическую гипотезу.
Два типа статистических гипотез
Чтобы проверить, верна ли статистическая гипотеза о параметре совокупности, мы получаем случайную выборку из совокупности и выполняем проверку гипотезы на выборочных данных.
Существует два типа статистических гипотез:
Нулевая гипотеза , обозначаемая как H 0 , представляет собой гипотезу о том, что выборка данных происходит чисто случайно.
Альтернативная гипотеза , обозначаемая как H 1 или H a , представляет собой гипотезу о том, что на выборочные данные влияет какая-то неслучайная причина.
Проверка гипотез
Проверка гипотезы состоит из пяти шагов:
1. Сформулируйте гипотезы.
Сформулируйте нулевую и альтернативную гипотезы. Эти две гипотезы должны быть взаимоисключающими, поэтому, если одна верна, другая должна быть ложной.
2. Определите уровень значимости для гипотезы.
Определите уровень значимости. Распространенные варианты: .01, .05 и .1.
3. Найдите тестовую статистику.
Найдите тестовую статистику и соответствующее значение p. Часто мы анализируем среднее значение или долю населения, и общая формула для нахождения тестовой статистики выглядит следующим образом: (выборочная статистика — параметр совокупности) / (стандартное отклонение статистики)
4. Отклонить или не отклонить нулевую гипотезу.
Используя тестовую статистику или p-значение, определите, можете ли вы отклонить или не отклонить нулевую гипотезу на основе уровня значимости.
Значение p говорит нам о силе доказательств в поддержку нулевой гипотезы. Если p-значение меньше уровня значимости, мы отклоняем нулевую гипотезу.
5. Интерпретируйте результаты.
Интерпретируйте результаты проверки гипотезы в контексте заданного вопроса.
Два типа ошибок принятия решений
Есть два типа ошибок принятия решений, которые можно сделать при проверке гипотезы:
Ошибка I типа: вы отвергаете нулевую гипотезу, когда она на самом деле верна. Вероятность совершения ошибки первого рода равна уровню значимости, часто называемому альфа и обозначаемому как α.
Ошибка типа II: вы не можете отвергнуть нулевую гипотезу, когда она на самом деле ложна. Вероятность совершения ошибки типа II называется мощностью теста или бета и обозначается как β.
Односторонний и двусторонний тесты
Статистическая гипотеза может быть односторонней или двусторонней.
Односторонняя гипотеза предполагает утверждение «больше» или «меньше».
Например, предположим, что средний рост мужчины в США больше или равен 70 дюймам. Нулевой гипотезой будет H0: µ ≥ 70 дюймов, а альтернативной гипотезой будет Ha: µ
Источник
Раздел 2 лекция 5
Раздел 2 Статистические гипотезы и их проверка
Тема: общие принципы проверки статистических гипотез.
План: 1.Понятие статистической гипотезы. Ошибки I и II рода.
2.Критерий оценки статистических гипотез. Уровень значимости.
Понятие статистической гипотезы. Ошибки I и II рода.
Статистической гипотезой называется предположение о том, что распределение случайной величины (результата эксперимента) подчиняется определённому закону распределения.
Статистический критерий (или критерий оценки статистической гипотезы) -это проверка, позволяющая оценить, насколько статистическая гипотеза согласуется с экспериментальными данными.
Пусть в нашем распоряжении имеется величина х – одно из возможных значений случайной величины (результата эксперимента).
Выдвинем гипотезу о том, что случайная величина х распределена по закону, задаваемому функцией плотности вероятности φ(х). Гипотезу обозначим как Н и назовем нуль гипотезой.
Введём также некоторую альтернативную гипотезу Н1, содержание которой состоит в том, что рассматриваемая случайная величина х подчиняется закону распределения, описываемого функцией плотности вероятности φ1(х). Будем считать, что гипотеза Н1 является истинной, если нуль-гипотеза Н не верна. Требуется на основании распределения величины х решить, какой из гипотез Н или Н1 следует отдать предпочтение. Решение поставленной задачи может быть как верным, так и ложным.
Неправильное решение может быть двух родов:
Ошибка первого рода – не принять нуль-гипотезу, когда она в действительности верна, (т.е принять Н1 вместо Н). α – это вероятность совершить ошибку I рода (или риск) – показывает какова вероятность отбросить верные (истинные) результаты.
Ошибка второго рода – принять нуль-гипотезу, когда она не верна (т.е. принять Н вместо Н1 ). β – это вероятность совершить ошибку второго рода. Показывает какова вероятность принять неверные (ложные) результаты.
Тогда, α уменьшается, β увеличивается, а (1–β) уменьшается. Т.е. α уменьшается (вероятность не принять Н, когда она верна) следовательно (1- β) уменьшается (вероятность не принять, когда Н не верна).
Поэтому, для принятия проверяемой гипотезы вероятность совершить ошибку I рода α должна быть не самой низкой, а оптимальной.
Для выбора величины α существуют определённые правила (критерии), которые позволяют оценить насколько верно проверяемая гипотеза описывает экспериментальные данные.
Критерии оценки статистических гипотез при обработке результатов эксперимента
Рассмотрим критерии оценки гипотезы Н (т.е. верна она или нет) для случайной величины х (т.е. для результата эксперимента). Пусть гипотеза Н верна и состоит в том, что рассматриваемая случайная величина х действительно распределена по закону, задаваемому функцией φ(х). Однако, если х попало в область, расположенную вблизи правого или левого «хвоста» функции φ(х), то вероятность попадания случайной величины в эту область, вычисляется при помощи функции φ(х) мала и приближается к нулю. Поэтому проще и целесообразнее признать ошибочность гипотезы и не принять её в этой область. Тогда эта область будет характеризоваться α — вероятностью не принять гипотезу Н , когда она в действительности верна.
критическая область доверительный интервал критическая область
Назовём интервал значений случайной величины х, т.е отрезок оси абсцисс, расположенный вблизи «хвоста» функции φ(х) критической областью данной функции распределения.
Значения случайной величины х1 и х2, отделяющих критические области, называются критическими значениями данной функции распределения.
Размеры критической области определяются вероятностью попадания в неё случайных величин. Вероятность попадания значений х случайной величины в критическую область получила название уровень значимости критерия оценки статистической гипотезы или просто уровень значимости р. Видно, что
Уровень значимости (риск) – это вероятность отвергнуть проверяемую гипотезу Н, когда она в действительности верна. Проще говоря р – это вероятность отбросить верные результаты.
Критерием оценки статистической гипотезы является попадание хi в критическую область. Если случайная величина х не попадает в критическую область, то анализируемая гипотеза считается приемлемой. Если случайная величина х попадает в критическую область, то это свидетельствует о неприемлемости анализируемой гипотезы.
Если критическая область, попадание в которую значений х случайной величины, целиком расположена в правой (или левой) части графика φ(х), то критерий оценки статистической гипотезы называется односторонним. В случае одностороннего критерия уровень значимости равен α=р=(1 –Р).
φ(х) φ(х)
В противном случае критическую область необходимо рассматривать из двух частей, а соответственный критерий называется двухсторонним. В случае двухстороннего критерия α=р=(1 –Р)/2.
Односторонний критерий используют только в том случае, если экспериментатор заранее знает, что результаты опытов не попадают в противоположную часть (область) функции, или для него это будет иметь практическое значение.
Пример 1:
φ(х)
+Wвлаги
Пример 2: Д окрашивание раствора
-0,16 не имеет практического значения, т.к. раствор мутный и луч не проходит через раствор – результат не верен.
α=р=(1-Р)/2
Принять проверяемую гипотезу можно только при определённых значениях р. Критерии принятия статистической гипотезы:
Если значения уровня значимости р равно 5% и более, то проверяемую гипотезу следует признать согласующейся с полученными экспериментальными данными. В этом случае различия между гипотетическими экспериментальными данными являются статистически незначимым.
Если уровень значимости менее 5%, но более 1%, то можно пойти на риск принятия проверяемой гипотезы, либо взять гипотезу под сомнение. Различие между гипотетическими и экспериментальными данными является спорным. Для уточнения выводов следует признать целесообразным повторение эксперимента
Если значение критерия значимости составляет 1% и менее, то проверяемая гипотеза отбрасывается. Различия между гипотетическими и экспериментальными данными являются статистически значимыми.
Источник
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Основной принцип проверки статистических гипотез
ее совершают, отвергнув гипотезу, когда она истинна
вероятность того, что нулевая гипотеза будет отвергнута, когда она неверна (верна конкурирующая гипотеза)
ее совершают, приняв ложную гипотезу
если наблюдаемое значение критерия принадлежит критической области — гипотезу отвергают, если наблюдаемое значение критерия принадлежит области принятия гипотезы — гипотезу принимают
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
появление одного из них исключает появление другого: АÇВ = Æ
событие, которое обязательно произойдёт в результате эксперимента, Р(Е) = 1
событие, состоящее из точек пространства элементарных событий, не принадлежащих А: + А = Е;
×А = Æ
событие, которое в данном опыте произойти не может, Р(а) = 0
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Вероятность того, что в серии из n независимых испытаний событие А наступит ровно k раз (безразлично в какой последовательности) находят по формуле _________, если n является достаточно небольшим значением: Pn(k) = Сnkpkqn-k, где Сnk = n! / k!(n-k)! – число сочетаний из n по k, р – вероятность события А, q – вероятность противоположного события a.
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Правосторонняя критическая область
критическая область, определяемая неравенством К < kкр , где К – значение критерия, kкр – критическая точка и kкр – отрицательное число
Двусторонняя критическая область
правосторонняя или левосторонняя критическая область
Односторонняя критическая область
критическая область, определяемая неравенствами К < k1, К > k2, где К – значение критерия, k1, k2 – критические точки и k2 > k1
Левосторонняя критическая область
критическая область, определяемая неравенством К > kкр , где К – значение критерия, kкр – критическая точка и kкр – положительное число
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Корреляционная зависимость (корреляция)
зависимость, при которой изменение одной случайной величины влечет изменение распределения другой
признаки, изменяющиеся под действием других связанных с ними признаков
признаки, обуславливающие изменения результативных признаков
Статистическая (стохастическая) зависимость
функциональная зависимость между значениями одной случайной величины и условным математическим ожиданием другой случайной величины
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Эмпирическая функция распределения
распределение дискретной случайной величины, принимающей значения х1, х2,… xn с вероятностями, равными рi = 1/п
функция распределения F (х) генеральной совокупности
Теоретическая функция распределения
вероятностное пространство, элементами которого являются наблюдения (х1), (х2), (xn) и все элементы которого равновероятны: (Р(хi) = 1/п)
функция F* (х), определяющая для каждого значения nх относительную частоту события X < х
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Коэффициент корреляции случайных величин и
Ковариация случайных величин и
Центральный момент порядка случайного вектора
математическое ожидание произведения центрированных величин: =
Момент порядка случайного вектора
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Показательное (экспоненциальное) распределение
распределение вероятностей, определяемое формулой Бернулли: . k = 0,1,2,… n
плотность распределения случайной величины на интервале [a,b] постоянна и равна
Равномерное распределение
Р(Х = к) = ; K = 0,1,2,…., где l — параметр распределения Пуассона
Биномиальное распределение
плотность распределения случайной величины имеет вид: ., где λ параметр распределения
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
если Н1, Н2, … , Нn — полная группа событий, то Р(Hi /A) =
Формула условной вероятности
Р(А) = , где Р(А/Нi) – условные вероятности события А, если известно, что событие Нi произошло
Формула полной вероятности
Р(В/А) = , при Р(В) > 0
Pn(k) = Сnkpkqn-k, где Сnk = n! / k!(n-k)! – число сочетаний из n по k, р – вероятность события А, q – вероятность противоположного события a
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Нормальное распределение n(a,s)
Р(êХ – mx ê³ a ) £ , где Х – случайная величина, имеющая конечные математическое ожидание mX и дисперсию DX, а > 0
Нормированное и центрированное нормальное распределение
плотность распределения случайной величины имеет вид: , где m, σ – параметры (σ > 0)
Логарифмически нормальное распределение
плотность распределения случайной величины имеет вид: f(x) =
плотность распределения случайной величины имеет вид: , где m, σ – параметры распределения
Теория вероятностей и математическая статистика (СПО, курс 1)
Установите соответствие между профессиональными терминами и их определениями:
Вероятность пересечения двух событий А и В
если пересечение Hi Ç Hj = Æ для i ¹ j , i,j = 1,2,…, n, и сумма вероятностей Р(Н1) + Р(Н2) + …+ Р(Нn ) = 1
система S подмножеств, для которой выполнены условия: а) система S содержит достоверное и невозможное события; б) если системе S принадлежат события А и В, то ей принадлежат также события А×В, А + В, АВ
наступление одного события не изменяет вероятность наступления другого: Р(АВ) = Р(А)×Р(В), Р(А/В) = Р(А), Р(В/А) = Р(В)
Полная группа событий Н1, Н2, … , Нn
если Р(А) > 0 и Р(В) > 0, то Р(АВ) = Р(В), Р(А/В) = Р(А)×Р(В/А)
Детали файла
Имя файла: | 4192.Экз.01;ЭЭ.01;1 |
Размер: | 373 Kb |
Дата публикации: | 2015-03-09 04:21:35 |
Описание: | |
Математическая статистика — Электронный экзамен
Список вопросов теста (скачайте файл для отображения ответов): 10 % всех мужчин и 5 % женщин дальтоники. Число мужчин и женщин одинаково. Вероятность того, что наугад выбранное лицо оказалось дальтоником равна: DX = 3, тогда D(2x + 5) равна: (наберите десятичную дробь). (Наберите десятичную дробь). Подберите правильный ответ В) Математическое ожидание суммы случайной величины Х и постоянной С равно M (X + C) = MX С помощью метода наименьших квадратов по этим точкам строится прямая. Эта прямая для прибыли в мае даст значение (для получения этого значения строить прямую не надо) (наберите число) Верны ли утверждения? Тогда число вариант xi = 1 в выборке равно_____ наберите число Тогда число вариант в выборке равно______ наберите число медиана равна: (наберите число). Медина равна: (наберите число). По виду гистограммы можно предполагать, что генеральная совокупность, из которой произведена выборка, имеет распределение: Медиана равна (наберите число). Вероятности равны: равны: При проверке гипотезы о том, что генеральное распределение – равномерное на отрезке [0,1], по выборке объема 100 построили такую таблицу частот: Можно ли утверждать, что гипотеза о виде распределения по критерию χ2 проходит? Чему равно значение статистики, по которой оценивается мера расхождения? Можно ли утверждать, что гипотеза о виде распределения по критерию Колмогорова проходит на уровне значимости 0,05? Чему равно значение статистики, по которой оценивается мера расхождения? N X Y 1 4 –2 N X Y 1 3 9 (наберите число )
= , тогда |
|
Для скачивания этого файла Вы должны ввести код указаный на картинке справа в поле под этой картинкой —> | |
ВНИМАНИЕ: | |
Нажимая на кнопку «Скачать бесплатно» Вы подтверждаете свое полное и безоговорочное согласие с «Правилами сервиса» | |
Когда статистический анализ используется для проверки гипотез, экспериментаторы обычно еще до начала сбора данных формулируют вероятностное предположение особого рода, называемое нулевой гипотезой (H0). Такое предварительное постулирование предусматривает оценку результатов исслед. на основе теории выборочного распределения и нормального закона распределения вероятностей. Нулевая гипотеза отражает связь между переменными и формулируется таким образом, чтобы она сама или её отрицание приводили к информ., к-рую можно было бы использовать для повышения ранга исследовательских гипотез. После того как данные собраны и статистически обработаны, исследователь должен принять решение о том, отклонять ли ему нулевую гипотезу или нет.
Логика принятия такого решения предполагает возможность четырёх исходов, два из которых яв-ся ошибочными. О. I р. совершается в тех случаях, когда принимается решение отклонить H0, хотя в действительности H0 верна. О. II р., напротив, состоит в решении не отклонять H0, хотя в действительности H0 неверна. Два др. возможных исхода — это правильное решение отклонить Н0 (когда она на самом деле неверна) или правильное решение не отклонять её (когда она действительно верна). Собственно говоря, нулевую гипотезу как таковую невозможно доказать без знания «истинного» положения дел, но ее можно опровергнуть, если вероятность того, что полученные результаты согласуются с ней, чрезвычайно мала. Поэтому решения, принимаемые на основе проверки статистической гипотезы, обычно формулируются в виде утверждений, содержащих указание уровней вероятности или уровней достоверности правильности различных исходов в свете H0.
Вероятность совершить О. I р. обозначается символом α (альфа) и контролируется непосредственно экспериментатором. Задавая величину α, экспериментатор точно определяет уровень вероятности, связанный с решением отклонить H0 на основе доли случаев, когда такое решение будет правильным. Уровень α также называют уровнем достоверности или уровнем значимости. В соц. и поведенческих науках принято формулировать нулевую гипотезу в форме отрицания теорет. ожидания экспериментатора или выдвинутой им поисковой гипотезы. Тогда, если уровень α, как это обычно бывает, выбирается равным 0,05 или 0,01, а величина выборочной стат. достигает ее критического значения для выбранного уровня α или превышает таковое, появляется возможность отклонить H0 и сделать следующий вывод: шансы того, что эксперим. воздействие действительно производит измеряемый эффект, равны соответственно 95 из 100 или 99 из 100.
Вероятность О. II р. обозначается символом β (бета) и не может непосредственно контролироваться, так как зависит, помимо всего прочего, от величины экспериментального эффекта и «истинного» положения дел, к-рое нам в принципе неизвестно. Кроме того, выбор более жесткого уровня β увеличивает шансы совершения О. II р., поскольку неизбежно приводит к тому, что для своего обнаружения эксперим. эффект должен быть более выраженным (по величине). Тогда как H0 предполагает только одно выборочное распределение, альтернативная гипотеза чаще всего точно не определяется, и величина β будет варьировать в зависимости от того, какое из почти бесконечного ряда альтернативных выборочных распределений окажется для нее справедливым. Если выбирается конкретная альтернативная гипотеза, можно вычислить β и обратную ей величину: 1 — β называемую мощностью критерия. Единственный способ, каким экспериментатор может повысить мощность критерия и уменьшить β, состоит в увеличении числа изучаемых случаев. С увеличением объема выборки уменьшается стандартная ошибка используемой стат., а значит, и область критических значений последней, что позволяет легче отклонить Н0. Поэтому задание уровня α и выбор объема выборки имеют решающее значение при проверке статистической гипотезы и должны диктоваться соображениями сравнительной серьезности совершения О. I и II р.
См. также Проверка гипотезы, Измерение, Методология (научных) исследований
С. Урбина
.
Верны ли определения?
А) Односторонняя критическая область — критическая область, определяемая неравенством K > kкр, где К — значение критерия, kкр — критическая точка и kкр — положительное число.
В) Двусторонняя критическая область — критическая область, определяемая неравенствами K < k1, K > k2, где К — значение критерия, k1, k2 — критические точки и k2 > k1.
Подберите правильный ответ.
(*ответ*) А — нет, В — да
А — да, В — да
А — да, В — нет
А — нет, В — нет
Верны ли определения?
А) Ошибку первого рода совершают, отвергнув гипотезу, когда она истинна.
В) Ошибку второго рода совершают, приняв ложную гипотезу.
Подберите правильный ответ.
(*ответ*) А — да, В — да
А — да, В — нет
А — нет, В — да
А — нет, В — нет
Верны ли определения?
А) Принцип практической уверенности состоит в следующем: если наблюдаемое значение критерия принадлежит критической области — гипотезу отвергают, если наблюдаемое значение критерия принадлежит области принятия гипотезы — гипотезу принимают.
В) Гипотезы об однородности выборок — гипотезы о том, что рассматриваемые выборки извлечены из одной и той же генеральной совокупности.
Подберите правильный ответ
(*ответ*) А — нет, В — да
А — да, В — да
А — да, В — нет
А — нет, В — нет
Верны ли определения?
А) Сложная статистическая гипотеза — гипотеза, допускающая бесконечное множество значений параметров распределения.
В) Простая статистическая гипотеза — гипотеза, допускающая бесконечное множество значений параметров распределения.
Подберите правильный ответ.
(*ответ*) А — да, В — нет
А — да, В — да
А — нет, В — да
А — нет, В — нет
Верны ли определения?
А) Статистическая гипотеза — соотношение, устанавливающее соответствие между возможными значениями случайной величины и их вероятностями.
В) Конкурирующая (альтернативная) гипотеза — гипотеза, противоречащая нулевой статистической гипотезе.
Подберите правильный ответ
(*ответ*) А — нет, В — да
А — да, В — да
А — да, В — нет
А — нет, В — нет
Верны ли определения?
А) Статистический критерий — значение критерия, вычисленное по выборкам.
В) Уровень значимости критерия — вероятность допустить ошибку первого рода.
Подберите правильный ответ
(*ответ*) А — нет, В — да
А — да, В — да
А — да, В — нет
А — нет, В — нет
Верны ли определения?
А) Число степеней свободы — количество значений в итоговом вычислении статистики, способных варьироваться.
В) Вид критической области зависит от нулевой гипотезы и не зависит от альтернативной.
Подберите правильный ответ
(*ответ*) А — да, В — нет
А — да, В — да
А — нет, В — да
А — нет, В — нет
Верны ли определения?
А) Область допустимых значений — совокупность значений критерия, при которых нулевая гипотеза принимается.
В) Отыскивая двустороннюю критическую область при уровне значимости , тем самым находят и соответствующий доверительный интервал с надежностью .
Подберите правильный ответ
(*ответ*) А — нет, В — да
А — да, В — да
А — да, В — нет
А — нет, В — нет