置信区间(已知样本均值和样本的方差,求总体均值的置信区间)(n < 30)

本文介绍当样本数量较小时,如何利用T分布进行均值估计及置信区间的计算。通过公式展示,帮助读者理解如何使用样本均值和标准差来推断总体均值。

当样本很小时
X¯¯¯服从T分布

T ~ t(v)

样本的数量为n时,v = n-1
T = (X¯¯¯ - μ)/(s/n)

与上篇文章的置信区间相似,只不过c换成了t

置信区间取值范围为(X¯¯¯ - t(v)*s/n, X¯¯¯ + t(v)*s/n
其中μ是整体均值,s是样本标准差

对于单个正态总体均值方差置信区间可以通过以下方法计算: ### 均值置信区间总体标准差 $\sigma$ 已知时,使用正态分布: $$ \bar{x} \pm z_{\alpha/2} \cdot \frac{\sigma}{\sqrt{n}} $$ 其中: - $\bar{x}$ 是样本均值 - $z_{\alpha/2}$ 是标准正态分布的临界值 - $\sigma$ 是总体标准差 - $n$ 是样本容量 当总体标准差未知时,使用 t 分布: $$ \bar{x} \pm t_{\alpha/2, n-1} \cdot \frac{s}{\sqrt{n}} $$ 其中: - $t_{\alpha/2, n-1}$ 是 t 分布的临界值,自由度为 $n-1$ - $s$ 是样本标准差 ### 方差置信区间 对于总体方差 $\sigma^2$ 的置信区间,使用卡方分布: $$ \left( \frac{(n-1)s^2}{\chi^2_{\alpha/2, n-1}}, \frac{(n-1)s^2}{\chi^2_{1-\alpha/2, n-1}} \right) $$ 其中: - $s^2$ 是样本方差 - $\chi^2_{\alpha/2, n-1}$ $\chi^2_{1-\alpha/2, n-1}$ 是卡方分布的临界值,自由度为 $n-1$ 以下是用于计算这些区间的代码示例(Python): ```python import numpy as np from scipy.stats import norm, t, chi2 # 均值置信区间 (已知总体标准差) def mean_ci_known_std(sample_mean, std, n, alpha=0.05): z = norm.ppf(1 - alpha / 2) margin_of_error = z * (std / np.sqrt(n)) return sample_mean - margin_of_error, sample_mean + margin_of_error # 均值置信区间 (未知总体标准差) def mean_ci_unknown_std(sample_mean, sample_std, n, alpha=0.05): t_value = t.ppf(1 - alpha / 2, df=n-1) margin_of_error = t_value * (sample_std / np.sqrt(n)) return sample_mean - margin_of_error, sample_mean + margin_of_error # 方差置信区间 def variance_ci(sample_variance, n, alpha=0.05): df = n - 1 chi2_lower = chi2.ppf(alpha / 2, df) chi2_upper = chi2.ppf(1 - alpha / 2, df) lower_bound = (df * sample_variance) / chi2_upper upper_bound = (df * sample_variance) / chi2_lower return lower_bound, upper_bound ```
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