概率论与数理统计 第七章 参数估计
概率论与数理统计第7章
x 0 , x 0 ,x 1 ,x 2 ,
,x n 为 总 体 X
的 一 个 样 本 ,则 未 知 参 数 的 矩 估 计 ˆ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
这个例子所作的推断已经体现了极大似然法 的基本思想 .
最大似然估计原理：
设X1,X2,…Xn是取自总体X的一个样本，样 本的联合密度(连续型）或联合分布律 (离散型)为
f (x1,x2,… ,xn ; ) .
当给定样本X1,X2,…Xn时，定义似然函数为：
L() f (x1, x2 ,…, xn; )
得
pˆ1Βιβλιοθήκη nn i 1xix
即为 p 的最大似然估计值 .
从而 p 的最大似然估计量为
p ˆ(X1,
1n ,Xn)ni1Xi X
求最大似然估计(MLE)的一般步骤是：
(1) 由总体分布导出样本的联合分布率(或联 合密度);
(2) 把样本联合分布率 ( 或联合密度 ) 中自变
量看成已知常数,而把参数 看作自变量,得到似然 函数L();
要求：领会
2.2 估计量的有效性、相合性， 要求：领会
3.区间估计
3.1 置信区间的概念，
要求：领会
3.2 求单个正态总体均值和方差的置信区间，要求：简单应用
参数估计
现在我们来介绍一类重要的统计推断问题
参数估计问题是利用从总体抽样得到的信息来估计总体 的某些参数或者参数的某些函数.
估计新生儿的体重
1 p
n
pxi (1p)1xi
i1
n
n
xi
n xi
pi1 (1p) i1
n
n
xi
n xi
L(p)pi1 (1p) i1
概率论与数理统计教案参数估计
概率论与数理统计教案-参数估计教案章节一：参数估计概述教学目标：1. 理解参数估计的定义及意义；2. 掌握参数估计的两种方法：最大似然估计和最小二乘估计；3. 了解参数估计的假设条件。
教学内容：1. 参数估计的定义及意义；2. 最大似然估计和最小二乘估计的方法及步骤；3. 参数估计的假设条件。
教学方法：1. 讲授法：讲解参数估计的定义、意义、方法及步骤；2. 案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解参数估计的方法及应用。
教学难点：1. 最大似然估计和最小二乘估计的方法及步骤；2. 参数估计的假设条件。
教学准备：1. 教学PPT；2. 相关案例资料。
教学过程：1. 引入参数估计的概念，讲解其意义；2. 讲解最大似然估计和最小二乘估计的方法及步骤；3. 分析实际案例，展示参数估计的应用；4. 讲解参数估计的假设条件；5. 课堂互动，回答学生问题。
作业布置：1. 复习parameter estimation 的定义及意义；2. 学习maximum likelihood estimation 和least squares estimation 的相关知识；3. 思考如何应用parameter estimation 解决实际问题。
教案章节二：最大似然估计教学目标：1. 理解最大似然估计的定义及意义；2. 掌握最大似然估计的计算方法；3. 了解最大似然估计的应用场景。
教学内容：1. 最大似然估计的定义及意义；2. 最大似然估计的计算方法；3. 最大似然估计的应用场景。
教学方法：1. 讲授法：讲解最大似然估计的定义、意义、计算方法；2. 案例分析法：分析实际案例，展示最大似然估计的应用。
教学难点：1. 最大似然估计的计算方法；2. 最大似然估计的应用场景。
教学准备：1. 教学PPT；2. 相关案例资料。
教学过程：1. 引入最大似然估计的概念，讲解其意义；2. 讲解最大似然估计的计算方法；3. 分析实际案例，展示最大似然估计的应用；4. 课堂互动，回答学生问题。
概率论与数理统计复习7章
( n − 1) S 2 ( n − 1) S 2 = 1 − α 即P 2 <σ2 < 2 χα 2 ( n − 1) χ1−α 2 ( n − 1) ( n − 1) S 2 ( n − 1) S 2 置信区间为： 2 , χα 2 ( n − 1) χ12−α 2 ( n − 1)
则有：E ( X v ) = µv (θ1 , θ 2 ,⋯ , θ k ) 其v阶样本矩是：Av = 1 ∑ X iv n i =1
n
估计的未知参数，假定总体X 的k阶原点矩E ( X k ) 存在，
µ θ , θ ,⋯ , θ = A k 1 1 1 2 µ2 θ1, θ 2 ,⋯ , θ k = A2 用样本矩作为总体矩的估计，即令： ⋮ µ θ , θ ,⋯ , θ = A k k k 1 2 ɵ ɵ ˆ 解此方程即得 (θ1 , θ 2 ,⋯ , θ k )的一个矩估计量 θ 1 , θ 2 ,⋯ , θ k
+∞
−∞
xf ( x ) dx = ∫ θ x θ dx =
1 0
令E ( X ) = X ⇒
θ +1
θ
ˆ = X ⇒θ =
( )
X 1− X
θ +1
2
θ
7.2极大似然估计法
极大似然估计法： 设总体X 的概率密度为f ( x,θ ) (或分布率p( x,θ )),θ = (θ1 ,θ 2 ,⋯ ,θ k ) 为 未知参数，θ ∈ Θ, Θ为参数空间，即θ的取值范围。设 ( x1 , x2 ,⋯ , xn ) 是 样本 ( X 1 , X 2 ,⋯ , X n )的一个观察值：
i =1 n
概率论与数理统计第7章参数估计PPT课件
a1(1, ,k )=v1
1 f1(v1, ,vk )
假定方程组a2(1, ,k ) v2 ,则可求出2 f2(v1, ,vk )
ak (1, ,k ) vk
k fk (v1, ,vk )
则x1 xn为X的样本值时，可用样本值的j阶原点矩Aj估计vj，其中
Aj
1 n
n i1
xij ( j
L(x1, ,xn;ˆ)maxL(x1, ,xn;)，则称ˆ(x1, ,xn)为
的一种参数估计方法 .
它首先是由德国数学家
高斯在1821年提出的 ,然而， 这个方法常归功于英国统
Gauss
计学家费歇（Fisher） . 费歇在1922年重新发现了
这一方法，并首先研究了这
种方法的一些性质 .
Fisher
10
极大似然估计是在已知总体分布形式的情形下的 点估计。
极大似然估计的基本思路：根据样本的具体情况
注：估计量为样本的函数，样本不同，估计量不 同。
常用估计量构造法：矩估计法、极大似然估计法。
4
7.1.1 矩估计法
矩估计法是通过参数与总体矩的关系，解出参数， 并用样本矩替代总体矩而得到的参数估计方法。 （由大数定理可知样本矩依概率收敛于总体矩， 且许多分布所含参数都是矩的函数）
下面我们考虑总体为连续型随机变量的情况：
n
它是的函数，记为L(x1, , xn; ) f (xi , ), i 1
并称其为似然函数，记为L( )。
注：似然函数的概念并不仅限于连续随机变量 ，
对于离散型随机变量，用 P {Xx}p(x,)
替代f ( x, )
即可。
14
设总体X的分布形式已知，且只含一个未知参数，
概率论与数理统计讲义 (27)
原点矩
由矩法,
0
X 1
2
总体矩
样本矩
2
从中解得 ˆ 2X 1 , 即为 的矩估计.
1 X
例2 设X1,X2,…Xn是取自总体X的一个样本
X
~
f
(
x)
1
e( x
)
,
x
, 为未知参数
0,
其它
其中 >0,求 , 的矩估计.
解: 由密度函数知
X 具有均值为 的指数分布
故 E(X- )= 即 E(X)=
缺点是，当总体类型已知时，没有 充分利用分布提供的信息 . 一般场合下, 矩估计量不具有唯一性 .
其主要原因在于建立矩法方程时， 选取那些总体矩用相应样本矩代替带 有一定的随意性 .
第 七 章第一节 矩估计
矩是基于一种简单的“替换” 思想建立起来的一种估计方法 .
是英国统计学家K.皮尔逊最早提出的 .
其基本思想是用样本矩估计总体矩 . 理论依据: 大数定律
记总体k阶矩为 k E( X k )
样本k阶矩为
Ak
1 n
n i 1
X
k i
记总体k阶中心矩为 k E[ X E( X )]k
参数估计问题的一般提法
设有一个统计总体，总体的分布函数
为 F(x, )，其中为未知参数 ( 可以是
向量) . 现从该总体抽样，得样本 X1, X2 , … , Xn
要依据该样本对参数 作出估计，或估计 的某个已知函数 g( ) .
这类问题称为参数估计.
点估计
参数估计
区间估计
假如我们要估计某队男生的平均身高.
1
n
n i 1
X
m i
概率论与数理统计应用_参数估计_
第7章 参数估计
7.2 估计量的评选标准
授课教师：李林杉 副教授
估计量的评选标准
由前面的学习知道， 对于同一个参数，用不同的估计方法求出的估计量可能不相同，对 不同的样本值也会得到不同的估计值，原则上任何统计量都可以作为未知参数的估计量.
问题 (1)对于同一个参数究竟采用哪一个估计量好? (2)评价估计量的标准是什么?
D(1 6
X1
5 6
X
3)
1 36
D
X1
25 36
D
X
2
13 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ8
因为 13 18
5 ，所以估计量 9
ˆ1
2 3
X1
1 3
X 2 更有效.
估计量的评选标准
三、相合性
我们不仅希望一个估计量是无偏的，并且具有较小的方差，还希望当样本容量n 增大时,估计量能充分地接近于未知参数的真值, 因此就引出相合性（一致性）的 评价标准.
解
的矩估计量和极大似然估计量都是 X
1 n
n i 1
Xi
.
的估计值都是 ˆ x 1200
估计值与真值的误差？（精度） 点估计可信程度有多大？（可信度）
区间估计
二、置信区间
定义 设总体X 的分布函数F(x,θ)含有一个未知参数θ. X1, X 2, , X n 为总体的样本， 对于给定值α( 0<α<1), 若能确定两个统计量
( X1, X 2, , X n ), ( X1, X 2, , X n ) 满足： P{ } 1
则称随机区间 , 是θ 的置信度为1 的置信区间,
——置信下限, ——置信上限, 置信度1 ——称为置信水平.
《概率论与数理统计》第七章假设检验.
《概率论与数理统计》第七章假设检验.第七章假设检验学习⽬标知识⽬标：理解假设检验的基本概念⼩概率原理；掌握假设检验的⽅法和步骤。
能⼒⽬标：能够作正态总体均值、⽐例的假设检验和两个正态总体的均值、⽐例之差的假设检验。
参数估计和假设检验是统计推断的两种形式，它们都是利⽤样本对总体进⾏某种推断，然⽽推断的⾓度不同。
参数估计是通过样本统计量来推断总体未知参数的取值范围，以及作出结论的可靠程度，总体参数在估计前是未知的。
⽽在假设检验中，则是预先对总体参数的取值提出⼀个假设，然后利⽤样本数据检验这个假设是否成⽴，如果成⽴，我们就接受这个假设，如果不成⽴就拒绝原假设。
当然由于样本的随机性，这种推断只能具有⼀定的可靠性。
本章介绍假设检验的基本概念，以及假设检验的⼀般步骤，然后重点介绍常⽤的参数检验⽅法。
由于篇幅的限制，⾮参数假设检验在这⾥就不作介绍了。
第⼀节假设检验的⼀般问题关键词：参数假设；检验统计量；接受域与拒绝域；假设检验的两类错误⼀、假设检验的基本概念（⼀）原假设和备择假设为了对假设检验的基本概念有⼀个直观的认识，不妨先看下⾯的例⼦。
例7.1 某⼚⽣产⼀种⽇光灯管，其寿命X 服从正态分布)200 ,(2µN ，从过去的⽣产经验看，灯管的平均寿命为1550=µ⼩时，。
现在采⽤新⼯艺后，在所⽣产的新灯管中抽取25只，测其平均寿命为1650⼩时。
问采⽤新⼯艺后，灯管的寿命是否有显著提⾼？这是⼀个均值的检验问题。
灯管的寿命有没有显著变化呢？这有两种可能：⼀种是没有什么变化。
即新⼯艺对均值没有影响，采⽤新⼯艺后，X 仍然服从)200 ,1550(2N 。
另⼀种情况可能是，新⼯艺的确使均值发⽣了显著性变化。
这样，1650=X 和15500=µ之间的差异就只能认为是采⽤新⼯艺的关系。
究竟是哪种情况与实际情况相符合，这需要作检验。
假如给定显著性⽔平05.0=α。
在上⾯的例⼦中，我们可以把涉及到的两种情况⽤统计假设的形式表⽰出来。
概率论与数理统计-参数估计
第七章 参数估计
例：
引言
设总体 X 是服从参数为 的指数分布，其中参数
未 知 ，
0 ．X1 ,,
X
是总体
n
X
的一个样本，
我们的任务是根据样本，来估计 的取值，从
而估计总体的分布．
这 是 一 个 参 数 估 计 问 题．
第七章 参数估计
§1 点估计 §2 估计量的评选标准 §3 区间估计
第七章 参数估计 §1 点估计
2
令
A1
A2
, (
2
1)
.
第七章 参数估计
例6(续）
解此方程组，得
§1 点估计
ˆ
A1 2 A2 A12
,
ˆ
A2
A1 A12
.
ˆ X 2 ,
即
B2
ˆ X .
B2
其中 B2
1 n
n i 1
Xi X
2 为样本的二阶中心矩．
第七章 参数估计（第二十二讲） 三、 极大似然法
§1 点估计
1
第七章 参数估计
例6(续）
EX 2 x 2 f
x dx x 2
x 1e x dx
0
§1 点估计
2 2 x ( e 2)1 x dx
2 0 2
2 2
1 2
1
2
因此有
EX
,
EX
2
1 .
⑵ 在不引起混淆的情况下，我们统称估计量
与估计值为未知参数 的估计．
第七章 参数估计
二、 矩估计法
§1 点估计
设X为连续型随机变量，其概率密度为
f ( x;1 ,, k ), X为离散型随机变量，其分布列为
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对于固定的样本观测值x1,x2,…,xn。如果有
例1. 设总未体知X参~数N(。μ,求σ2μ)，,σ2其的中极μ大,σ2似是然估计。
f (x; , 2 )
1
2
exp[
1
2
2
(x
)2]
n
L(, 2)
i 1
1
2
exp[
1
2
2
( xi
)2 ]
(2
n
)2
(
)2
n 2
exp[
1
2
2
n
(xi )2 ]
1 2
(aˆ bˆ)
1 n
n i 1
Xi
X
D( X
)
1 12
(b
a)2
1 12
(bˆ
aˆ)2
M2
n 1S2 n
aˆ X 3(n 1) S 2， bˆ X 3(n 1) S 2
n
n
矩法特点分析：
矩法的优点是简单易行,并不需要事先知道总体是什么 分布 .
缺点是，当总体类型已知时，没有 充分利用分布提供的信息 .
X1,X2,…,Xn
从样本出发构造适当的统计量
ˆ ˆ(X1, , Xn )
作为参数 的估计量，即点估计。 将 x1,, xn代入估计量，得到 的估计值
ˆ ˆ(x1, , xn )
向量) .
关键问题：如何构造统计量?
ˆ ˆ(X1, , Xn )Fra bibliotek点估计
矩估计
极大似然估计
矩估计
总体k阶原点矩
常用的几条标准是：
1．无偏性 2．有效性 3．一致性
一、无偏性
设 ˆ( X1,, Xn)
是未知参数 的估计量，若
E(ˆ)
则称ˆ 为 的无偏估计 .
二、有效性
设 ˆ1 ˆ1(X1,, X n )和 ˆ2 ˆ2( X1,, Xn)
都是参数 的无偏估计量，若有
➢极大似然估计法
设总体X的分布律或概率密度为f(x; Ө), θ=(θ1, θ2,…, θk)是未知参数， X1,X2, …,Xn是总体X的样本，则称 X1,X2, …,Xn的联合分布律或概率密度函数
n
L(x1, x2,..., xn; ) f (xi; ) i 1
为样本的似然函数，简记为L(θ)。
f
(x)
(
1)x ,
0,
0 x 1 其它
其中 >0,
求 的矩估计量和极大似然估计量.
解：(1)矩估计
E(X )
xf (x)dx
1 x( 1)x dx 1
0
2
1 X 2
ˆ1
2X 1
1 X
(2)极大似然估计
n
L( ) ( 1)n ( xi ) (0 xi 1) i 1 n
n
(1) 根据f(x; θ)，写出似然函数
L( ) f (xi; )
n
i 1
(2) 对似然函数取对数
ln L( ) ln f (xi; )
(3) 写出方程
ln L 0
i 1
若方程有解， 求出L(θ)的最大值点
ˆ(x1,x2,..., xn )
例2. 设总体X服从参数λ>0的泊松分布，求 参数λ的极大似然估计量。
k EX k
样本k阶原点矩 大数定律：
Ak
1 n
n i 1
X
k i
K.皮尔逊
n
X
k i
lim P(| i1 E( X k ) | ) 1
n
n
矩估计基本思想: 用样本矩估计总体矩 .
设总体的分布函数中含有k个未知参数
1,,k
(1)它的前k阶原点矩都是这k个参数的函数,记为：
(2)用样本i阶原点矩替换总体i阶原点矩
2 σ
，求μ
,
σ2的矩估计
量。
总体期望、方差的矩估计量分别是样本均值和样本二阶中心矩。
例2: 已知某产品的不合格率为p, 有简单随机样本X1 ,X2 ,…, Xn 求 p的矩估计量。
解：E(X)=p.
pˆ
1 n
n i 1
Xi
X
例3：设电话总机在某段时间内接到呼唤的次数服从参数λ未知的泊松分 布，现在收集了如下42个数据：
ln L( ) n ln( 1) ln xi i 1
令 d ln L( ) 0 d
1 n n
ln xi
i 1
ˆ2 1 n n
ln xi
i 1
§7.2 点估计量的评价标准
评价一个估计量的好坏，不能仅仅依据一次试验的结果，而必须由 多次试验结果来衡量 . 即确定估计量好坏必须在大量观察的基础上从统 计的意义来评价。
接到呼唤次数 0 1 2 3 出现的频数 7 10 12 8
45 32
求未知参数λ 的矩估计。
ˆ x 80 40
42 21
例4. X~U(a,b),由简单随机样本X1 ,X2 ,…, Xn求a,b的矩估计量。
解：E(X)=(a+b)/2,
2 D(X)=(b-a) /12.
E(X )
1 (a b) 2
例3. 已知某产品的不合格率为p,有简单随机样本
X1 ,X2 ,…, Xn，求p的极大似然估计量。
若抽取100件产品，发现10件次品，试估计p.
例4. 设X1,X2,…,Xn为取自总体X~U(a, b)的样 本, 求a, b的极大似然估计量.
回顾： 设X1,X2,…Xn是取自总体X的一个样本
X
~
极大似然估计
例： 设一箱中装有若干个白色和黑色的球，已知两种球的数目之 比为3:1或1:3，现有放回地任取3个球，有两个白球，问：白球所占 的比例p是多少？
如果只知道0<p<1,并且实测记录是X=k (0 ≤ k≤ n),又应如何估计p呢?
若总体分布已知，对于样本值，选取适当的参数，使样本值出 现的概率最大，这种估计方法就是极大似然估计法。
第7章 参数估计
总体所服从的分布类型已知/未知
抽样
参数 估计
估计总体中未知的参数
参数估计 参数估计问题是利用从总体抽样得到的信息来估计总体的某些参数.
估计新生儿的体重 估计废品率
估计湖中鱼数
§7.1
点估计
设有一个统计总体，总体的分布函数
为 F(x, )，其中 为未知参数 ( 可以是
现从该总体抽样，得到样本
(3) 解方程组，得 θi=hi (X1, X2,…, Xn) (i=1,2,…,k);
则以hi (X1, X2,…, Xn)作为θi 的估计量 ，并称hi(X1, X2,…, Xn) 为θi 的矩法估计量，而称hi(x1, x2,…, xn) 为θi 的矩法估计值。
例1.
设总体X的数学期望和方差分别是μ,
i 1
ln
L(,
2
)
n 2
ln(
2
)
n 2
ln
2
1
2
2
n
( xi
i 1
)2
ln L
1
2
[
n i 1
xi
n ]
0
ln L
2
n
2
2
1
2( 2
)2
n
( xi
i 1
n)2
0
ˆ
1 n
n i 1
xi
ˆ 2
1 n
n i 1
( xi
x
x )2
ˆ X
ˆ
2
n 1S2 n
求极大似然估计量的步骤：