聊聊置信度与置信区间

本文介绍了统计学中的置信度和置信区间概念。点估计是通过样本指标值估计总体情况,如用样本均值估计总体均值。区间估计则是通过一个范围来估计,如高考分数预计600左右。置信度表示估算区间的准确度,95%置信度意味着有95%把握估计在给定区间内。计算置信区间涉及样本平均值、标准误差、置信水平和z值的确定。

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总第143篇/张俊红

今天这篇聊聊统计学里面的置信度和置信区间,好像没怎写过统计学的东西,这篇试着写一写。

1.点估计

在讲置信度和置信区间之前先讲讲点估计,那什么是点估计呢?给你举两个例子你就知道了。

现在你想要知道一个学校学生的身高情况,你可以把所有的学生测量一遍,然后得到答案,这种方法可以,而且得到的数据肯定是最真实的,但是这里有一个问题,什么问题呢?就是如果学生人数太多,全部测量的话工作量太大了,那怎么办呢?那就随机挑选一部分学生,然后测量这一部分学生的身高,得到一个值(一般用平均值),用这一部分的平均值来估计整体学生的身高情况,我们把这种估计方式称为点估计

现在你要看一下某流水线上 iphone 手机的不合格率,怎么看呢?最笨的方法还是把所有的手机全部开机试用,统计不合格手机的占比,这样可以吗?很明显是不可以的。那怎么才能知道这一条流水线的质量,那就是抽样,抽取整条流水线上的部分手机进行检验,会得到一个合格率,然后用这个合格率去估计整条流水线的合格率,同样这种方式也是点估计

那现在是不是大概理解点估计的意思了,就是用随机抽样的样本的计算出来的指标值去估计整体指标情况。常用的点估计方法有如下:

用样本均值估计总体均值
用样本方差估计总体方差
用样本的分位数估计总体分位数
用样本的中位数估计总体中位数

2.区间估计

以前上学的时候经常会考试,考完试以后老爱去估分,一般人估分不太可能直接估一个具体的数,肯定都是估一个大概的数,啥叫大概的数呢?就是比如高考分数预计 600 左右,这个左右其实就是一个区间,还有平常很多食品包装袋上会写 ±0.5&nbs

### 置信区间长度置信度之间的关系 在统计学中,置信区间的长度置信度密切相关。当增加置信水平时,为了保持相同的估计精度,置信区间的宽度也会相应增大。这是因为更高的置信度意味着希望捕捉到真实参数的概率更大,因此需要更宽泛的范围来确保这一概率得以实现[^1]。 对于给定的数据集及其标准差σ(通常未知而使用样本的标准偏差s代替),以及选定的显著性水平α(对应于特定的Z分数或t分布临界值),可以利用下面公式计算双侧置信区间的半径: \[ \text{Margin of Error} = Z_{\alpha/2} * (\sigma / \sqrt{n}) \] 其中\(n\)代表样本大小,\(Z_{\alpha/2}\)是在正态分布下对应的分位数值,在大样本情况下近似等于1.96用于构建95%的置信区间[^2]。 通过上述表达式可以看出,随着所选百分比级别的提升(即降低α),相应的\(Z_{\alpha/2}\)会变大,从而使得误差界限扩大,最终导致整个置信区间的加长。 要减小置信区间的长度而不改变其覆盖的真实比例,则可以通过以下方式之一操作: - 增加样本量 \( n \),因为更大的样本能够提供更加精确的结果; - 减少变异程度 σ 或 s ,这意味着数据点间差异较小,同样有助于缩小CI 的幅度。 ```python import scipy.stats as stats import math def calculate_confidence_interval(mean, std_dev, sample_size, confidence_level=0.95): z_score = abs(stats.norm.ppf((1 - confidence_level)/2)) margin_of_error = z_score * (std_dev / math.sqrt(sample_size)) lower_bound = mean - margin_of_error upper_bound = mean + margin_of_error return (lower_bound, upper_bound) # Example usage with a given set of parameters. example_mean = 12.32 example_std_dev = 3.56 example_sample_size = 100 ci_95_percent = calculate_confidence_interval(example_mean, example_std_dev, example_sample_size) print(f"The calculated 95% Confidence Interval is {ci_95_percent}") ```
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