概率论(六)——假设检验

假设检验完全基于前一章参数估计。我们只针对正态总体参数的假设检验讨论。
一、假设检验
对于某个正态分布,具有某些未知参数,例如均值 。于是我们(可能根据经验)猜想均值为某个值 ,那么这就产生了两个相互对立的假设:
称第一个假设为原假设或零假设,第二个假设为备择假设。为了确定我们应当选择哪个假设,我们测定出一组样本值 ,通过这组样本值推断哪个假设更加可能符合事实。
比如我们希望以 的可能性确定假设 是正确的,或者说希望只有 的可能性在假设 是正确的情况下却选择了 ,称 为显著性水平。那么,构造样本均值的标准化变量 ,“以 的可能性确定假设 是正确的”这句话就可以表示为:
上式是遵从参数估计的写法来写的。事实上在假设检验中,我们常常是针对“只有 的可能性在假设 是正确的情况下却选择了 ”的表述做文章。这句话我们简写为:
在这个例子中,记标准化变量 ,也称为检验统计量,上式化为:
这样,我们就能根据 的取值 确定我们应该取哪个假设。假如 ,这显然是一个小概率事件,这便是在说我们有 的把握拒绝 而接受 。反之,有 的把握接受 而拒绝 。将拒绝 时检验统计量的取值范围称为拒绝域,将拒绝域的边界点称为临界点。同时不妨将接受 时检验统计量的取值范围称为接受域。显然拒绝域与接受域的并集是检验统计量的整个取值范围,交集为空,因此给出其中之一则知另一个。
在这个例子中,因为备择假设的取值落在 的两边,因此称之为双边备择假设,相应的假设检验称为双边假设检验。双边假设检验实际就是在求参数的双边置信区间。相应地也有单边检验,分为左边检验和右边检验。左边检验形如:
右边检验形如:
单边检验实际就是在求参数的单边置信区间。接下来我们分析正态总体的参数的双边假设检验。
二、正态总体的双边假设检验
1.单个总体 ,均值 的检验
(1)已知方差
对于假设:
在接受 的前提下,标准化变量服从标准正态分布:
于是:
由双边检验条件,得到 ,因而拒绝域为:
事实上,解接受域不等式,得到的就是这个情况下的置信水平为 的双侧置信区间。
(2)未知方差
对于假设:
用样本方差 代替 :
接受域为:
解接受域得置信区间为:
拒绝域为:
2.单个总体 ,方差 的检验
对于假设:
使用 分布:
接受域为:
置信区间为:
拒绝域为:
3.两个总体 ,均值差 的检验
(1)已知方差
对于假设:
线性组合的标准化变量:
接受域为:
置信区间:
拒绝域:
(2)未知方差但两个方差相等
记 ,对于假设:
有:
接受域:
置信区间:
拒绝域:
4.两个总体 ,方差比 的检验
注意这个情况下,我们检验的实际是 之间的大小。因此接受域的形式与置信区间稍有不同。对于假设:
有:
在接受假设 的情况下,可以写为:
这样,接受域就是:
拒绝域就是:
5.成对数据具有显著差异的检验
假设有 对数据: ,令 ,并且 ,那么这些数据对不具有显著差异的条件显然就是在一定概率下 。对于假设:
显然这个检验可以归结为未知 的单个总体对均值 的检验。也就是若记样本均值为 ,样本方差为 ,那么:
因此接受域为:
拒绝域为:
三、正态总体的单边假设检验
与双边假设检验完全类似,可以归结为对参数的置信区间的计算,因此不再赘述。