矩估计和极大似然估计分析解析
矩估计法最大似然估计法
n 3 2 2 ˆ (Xi X ) . b A1 3( A2 A1 ) X n i 1
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例4
设总体 X 的均值 和方差 2 都存在, 且有
2 0, 但 和 2 均为未知, 又设 X 1 , X 2 ,, X n 是
一个样本, 求 和 2 的矩估计量. 解 1 E ( X ) , 2 E ( X 2 ) D( X ) [ E ( X )]2 2 2 , A1 , 令 2 2 A2 . ˆ A1 X , 解方程组得到矩估计量分别为
2018/10/9 2
参数估计的类型
点估计 — 估计未知参数的值. 区间估计 — 估计未知参数的取值范围，
使得这个范围包含未知参数
真值的概率为给定的值.
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3
§7.1 点估计
矩估计法
最大似然估计法
小结
练习
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4
设总体 X 的分布函数形式已知, 但 它的一个或多个参数为未知, 借助于总 体 X 的一个样本来估计总体未知参数的 值的问题称为点估计问题.
n 1 2 2 ˆ X, ˆ (Xi X ) . n i 1 注：若总体的各阶矩不存在，则不能用矩估计法来 估计未知参数。另外，尽管矩估计法简便易行，且 只要 n 充分大，估计的精确度也很高，但它只用到 总体的数字特征的形式，而未用到总体的具体形式， 损失了一部分很有用的信息，因此，在很多场合下 显得粗糙和过于一般。
断头次数 k 断头 k 次的纱锭数 nk
0
1
2
3 4 5 6
45 60 32 9 2 1 1 150
常用的点估计方法
常用的点估计方法1. 极大似然估计：极大似然估计是一种常用的点估计方法，通过选择使观测数据出现可能性最大的参数值来进行估计。
它的核心思想是通过观察到的数据来推断未观察到的参数值，从而对总体特征进行估计。
2. 最小二乘估计：最小二乘估计是一种常用的线性回归参数估计方法，它通过最小化观测数据与模型预测值之间的残差平方和来选择最优参数值。
最小二乘估计在统计学中应用广泛，特别是在回归分析和时间序列分析中。
3. 贝叶斯估计：贝叶斯估计是一种基于贝叶斯理论的点估计方法，它将先验信息结合观测数据来推断参数的后验分布，并通过选择后验分布的某个统计量（如期望值）来进行估计。
贝叶斯估计强调对参数的不确定性进行建模，并可以用于处理小样本问题。
4. 矩估计：矩估计是一种基于样本矩的点估计方法，它利用样本矩与总体矩之间的对应关系来推断参数值。
矩估计要求总体矩存在且能够通过观测数据的矩估计得到，适用于多种分布的参数估计。
5. 稳健估计：稳健估计是一种对异常值和模型假设违背具有一定鲁棒性的点估计方法。
它能够通过对观测数据进行适当的变换和调整，来推断参数估计值。
稳健估计在非正态分布和包含异常值的数据情况下表现出较好的性能。
6. 最大后验概率估计：最大后验概率估计是一种基于贝叶斯理论的点估计方法，它将先验信息和观测数据结合起来，通过选择使后验概率最大化的参数值来进行估计。
最大后验概率估计相对于最大似然估计能够更好地处理小样本问题，并对参数的先验概率进行建模。
7. 偏最小二乘估计：偏最小二乘估计是一种在多元统计中常用的点估计方法。
它通过最小化观测数据和预测值之间的误差，选择使预测误差最小的参数值。
偏最小二乘估计在回归分析和主成分分析等领域都有广泛应用。
8. 条件最大似然估计：条件最大似然估计是一种在有缺失数据或混合分布的情况下常用的点估计方法。
它通过对观测数据的边际分布进行建模，并通过最大化边际似然来选择参数值。
条件最大似然估计在处理缺失数据和复杂模型中具有重要的作用。
矩估计法最大似然估计法
估计量, 这个估计量称为矩估计 量. 2018/10/9矩估计量的观测值称为矩估计值.
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例2
设总体 X 在[0, ]上服从均匀分布, 其中
( 0) 未知,(X 1 , X 2 , , X n ) 是来自总体 X 的样本, 求 的矩估计量.
解
因为 1 E ( X ) , 2
第7章 参数估计
点估计 估计量的评选标准 区间估计 正态总体参数的区间估计
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什么是参数估计？ 参数是刻画总体某方面的概率特性的数量. 当这个数量是未知的时候，从总体抽出一个样本， 用某种方法对这个未知参数进行估计就是参数估计 . 例如，X ~N ( , 2). 若 , 2未知，通过构造样本的函数，给出 它们的估计值或取值范围就是参数估计的内容.
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点估计问题的一般提法
设总体 X 的分布函数 F ( x; )的形式为已 知, 是待估参数 . X 1 , X 2 ,, X n 是 X 的一个样 本, x1 , x2 ,, xn 为相应的一个样本值 .
点 估 计 问 题 就 是 要 构一 造个 适 当 的 统 计 量 ˆ ( X , X , , X ), 用 它 的 观 测 值 ˆ( x , x , , x )
断头次数 k 断头 k 次的纱锭数 nk
0
1
2
3 4 5 6
45 60 32 9 2 1 1 150
解 因为 X ~ P ( ), 所以 E ( X ). 用样本均值来估计总体的均值 E(X).
1 x xi n i 1
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n
kn
k 0 6
6
k
n
参数估计
（2）再用样本k阶矩代替相应的总体k阶矩
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设 总 体X ~ N ( , 2 ), , 2 未 知 ， 设 例1： ( X 1 , X 2 ,..., X n )为 来 自 总 体 的 样 本 ， 求 X 与 2的 矩 估 计 量 。
解：先建立待估参数与总体矩的关系
维随机变量，样本的联合概率密度为:
f ( x1 , x2 ,, xn ) f X 1 ( x1 ) f X 2 ( x2 ) f X n ( xn )
f ( x1 , ) f ( x2 , ) f ( xn , ) f ( xi , )
i 1
n
显然上式也为θ的函数，记作 L( )，即
L( ) f ( xi , )
i 1 n
我们称 L( ) 为似然函数。
小结：
似然函数
n p( x i ; ) i 1 L( ) n f ( x i ; ) i 1
由上可知，求极大似然估计值就是求使 L( ) 取最大的θ值。 下面我们用例子来说明求解极大似然估计值的步骤。
6
3
[ x dx x dx]
2 3 0 0
2
用样本k阶矩代替相应的总体k阶矩,得θ的矩估计量：
ˆ 2X
２）将数据代入，得θ的矩估计值为：
ˆ 2x 2 1 xi 8.9 8 i 1
8
计 算 器 的 使 用
例3：设总体X在区间[a,b]上服从均匀分布, a , b
实为 发生的概率。
根据极大似然原理，
概率大的事件在一次观测中更容易发生。
现在只做一次抽样， 事件 { X 1 x1 , X 2 x2 ,, X n xn } 故 认为其概率较大。 认为其概率较大。 也即我们应选择 使 L( ) 取最大值。 我们把使 L( ) 取最大值的 值称为 的极大 竟然发生了,
参数估计公式最大似然估计贝叶斯估计矩估计
参数估计公式最大似然估计贝叶斯估计矩估计参数估计是统计学中的一个重要问题，它的目标是通过已经观测到的样本数据来估计未知参数的值。
在参数估计中，最大似然估计、贝叶斯估计和矩估计是常用的方法。
下面将分别介绍这三种估计方法及其公式。
一、最大似然估计最大似然估计是一种常用的参数估计方法，它基于样本数据的观测结果，通过寻找参数值使得观测样本出现的概率最大化来估计未知参数的值。
最大似然估计的公式如下所示：$$\hat{\theta}_{MLE} = \arg \max_{\theta} P(X|\theta)$$其中，$\hat{\theta}_{MLE}$表示最大似然估计得到的参数值，$P(X|\theta)$表示给定参数$\theta$下观测样本$X$出现的概率。
二、贝叶斯估计贝叶斯估计是另一种常用的参数估计方法，它基于贝叶斯定理，通过在先验分布和观测数据的基础上更新参数的后验分布来进行参数估计。
贝叶斯估计的公式如下所示：$$P(\theta|X) = \frac{P(X|\theta)P(\theta)}{P(X)}$$其中，$P(\theta|X)$表示给定观测样本$X$后，参数$\theta$的后验分布；$P(X|\theta)$表示给定参数$\theta$下观测样本$X$出现的概率；$P(\theta)$表示参数$\theta$的先验分布；$P(X)$表示观测样本$X$的边缘概率。
三、矩估计矩估计是一种基于样本矩的无偏估计方法，它通过样本矩与理论矩之间的差异来估计未知参数的值。
矩估计的公式如下所示：$$\hat{\theta}_{MME} = g(\overline{X}_n)$$其中，$\hat{\theta}_{MME}$表示矩估计得到的参数值，$g(\cdot)$表示由样本矩计算得到参数的函数，$\overline{X}_n$表示样本的均值。
在实际应用中，最大似然估计常用于样本量较大、参数唯一可估情况下的参数估计；贝叶斯估计常用于样本量较小、先验分布已知情况下的参数估计；矩估计常用于样本量较大、参数个数较多时的参数估计。
总体参数估计的方法与比较
总体参数估计的方法与比较统计学中的总体参数估计是为了根据样本数据来推断总体的一些特征或指标，以帮助我们了解和分析问题。
常见的参数包括总体均值、总体方差、总体比例等。
总体参数估计的方法有很多，每种方法有其优势和适用范围。
本文将介绍几种常见的总体参数估计方法，并进行比较。
一、点估计方法点估计是通过样本数据来估计总体参数的一种方法。
最常用的点估计方法是最大似然估计和矩估计。
1. 最大似然估计：最大似然估计是通过寻找使观测到的样本数据出现的概率达到最大的参数值来估计总体参数。
它利用样本数据的信息，选择出使样本数据出现的可能性最大的总体参数估计值。
最大似然估计方法的优点在于拟合性好，当样本容量大且满足一定条件时，估计结果通常具有较好的性质。
2. 矩估计：矩估计是通过对样本矩的观察来估计总体参数。
矩估计方法基于样本的矩与总体的矩之间的关系进行参数估计。
它不需要对总体分布做出具体的假设，适用范围较广。
矩估计方法的优点在于简单易懂，计算方便。
二、区间估计方法点估计只给出了一个具体的数值，而区间估计则给出一个范围，用来估计总体参数的可能取值区间。
常见的区间估计方法有置信区间估计和预测区间估计。
1. 置信区间估计：置信区间估计是在给定置信水平的情况下，通过样本数据得到总体参数的估计区间。
例如，我们可以通过样本数据得到一个总体均值的置信区间，表明有置信水平的概率下，总体均值落在估计的区间内。
置信区间估计方法的优点在于提供了对总体参数的估计不确定性的量化。
2. 预测区间估计：预测区间估计是在给定置信水平的情况下，通过样本数据得到未来观测的总体参数的估计区间。
与置信区间估计不同的是，预测区间估计对未来观测提供了一个对总体参数的估计范围。
预测区间估计方法的优点在于可以用于预测和决策。
三、方法比较与选择在实际应用中，我们需要根据具体问题选择适合的总体参数估计方法。
下面列举一些比较常见的情况，并给出对应的适用方法。
1. 总体分布已知的情况下，样本容量大：此时最大似然估计方法是一个很好的选择。
2016考研数学复习之矩估计
2016考研数学复习之矩估计来源：文都教育参数估计是考研数学大纲中概率论与数理统计部分第七章的内容，根据历年真题分析发现，无偏估计、矩估计和极大似然估计是每年考试的重点。
那么对于这几种估计方法，我们该如何有效、高效的学习、掌握呢？文都考研数学老师接下来为大家大致总结一下本章的第一部分内容-矩估计。
一、基本知识点 矩估计一般来说，用样本的各阶矩作为总体分布函数中的未知矩的估计。
含一个参数：设总体(,)X f x θ ，但是参数θ未知，需要对参数θ进行估计。
具体步骤：①取样：12,,,nX X X …；②计算样本均值11n ii X n =∑，根据大数定律1111n n Pi i i i X X EX EX n n ===−−→=∑∑；③令X EX =（在EX 的结果中包含θ），则可求出ˆθ。
含两个参数：若含有两个参数12,θθ， ①取样；②由大数定律2222111111,n n n PP i i i i i i X X EX A X EX EX n n n ====−−→==−−→=∑∑∑；③令X EX=，222211=+()n i i A X EX DX EX n ===∑（或者令211()1ni i X X DX n =-=-∑），则可求出12,θθ的估计量。
所谓矩估计法就是利用样本原点矩去替换总体矩. 矩估计法的计算步骤：（1）计算总体原点矩EX μ=，建立关于参数的有效方程；（2）用样本原点矩11ni i A X n ==∑作为总体原点矩EX μ=的估计，令A μ=即11(1,2,)ni i X EX k n ===∑ ； （3）通过求解有效方程，将未知参数用样本的统计量表示出来，再将未知参数θ用对应的估计量θ∧代替；（4） 若给定一个样本观测值12(,)n x x x ，代入θ∧可得θ的一个矩估计值二、典型例题例1 设总体X 的概率密度为,01(;)1,120,x f x x θθθ<<⎧⎪=-≤<⎨⎪⎩其他，其中θ是未知参数（01θ<<）.12,,,n X X X 为来自总体X 的简单随机样本，记N 为样本值12,,,n x x x 中小于1的个数.求：（1）θ的矩估计；（2）θ的最大似然估计. 解析：（1）1213()(1)2EX xf x dx xdx xdx θθθ+∞-∞==+-=-⎰⎰⎰， 令EX X =，得矩估计量32X θ=-. （2）似然函数()(1)Nn NL θθθ-=-，ln ()Nln (N)ln(1)L n θθθ=+--，令ln ()01d N n NL d θθθθ-=-=-，得θ的最大似然估计为N n θ= .例罐中有N 个硬币，其中有θ个是普通硬币（掷出正面与反面的概率各为0.5），其余N θ-个硬币两面都是正面，从罐中随机取出一个硬币，把它连掷两次，记下结果，但不去查看它属于哪种硬币，然后放回，如此重复n 次，若掷出0次、1次、2次正面的次数分别为012012,,()n n n n n n n ++=.（1）求θ的矩估计 1θ，最大似然估计 2θ； （2）求 12E E θθ、； （3）求 2D θ. 解析：（1）设X 为连掷两次正面出现的次数，A ：“取出的硬币为普通硬币”，则21(0)()(0|)()(0|)()24P X P A P X A P A P X A N Nθθ===+===，1221(1)()(1|)()(1|)()22P X P A P X A P A P X A C N Nθθ===+===， 2143(2)()(2|)()(2|)()24N N P X P A P X A P A P X A N N Nθθθ--===+==+=， 则X 的分布律为X0 1 2P4Nθ2Nθ434N Nθ- 则12012432(2)(2)(2)22n n N N NEX X N X N n n NN N n nθθθθ+--=+==⇒=-=-=+ 则θ的矩估计 101(2)Nn n nθ=+. 似然函数012143(,,;)424n n n n N L X X N N Nθθθθ-⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭， 012ln (ln ln(4))(ln ln(4))(ln(43)ln(4))L n N n N n N N θθθ=-+-+--，012013ln 40()433n n n d L Nn n d N n θθθθθ=+-=⇒=+-， 则θ的最大似然估计 2014()3Nn n nθ=+. （2）01243(,),(,),(,)424N n B n n B n n B n NNNθθθ- ， 则012(43),,424n n n N En En En N N Nθθθ-=== 12(2)22N E EN X N NE X N N Nθθθ-=-=-=-⨯=， 20101444()()()33342N N N n n E E n n En En n n n N N θθθθ=+=+=+=. （3）01(1),(1)4422n n Dn En N N N Nθθθθ=-=-， 则 22201012222241616(4)(2)()()()3991641259N N N n N n N D D n n Dn Dn n n n N N N nθθθθθθθ--=+=+=+-=例总体X 的概率分布为1{},1,2,,P X k k N N=== ，其中N 是未知参数(正整数)，利用总体X 的如下样本值：1,3,2,3,2,1,2,N N -，求N 的矩估计值..【解析】由X 的概率分布知，1111(){}2==+=⋅==⋅=∑∑N Nk k N E X k P X k k N ， 样本均值()131323212824Nx N N =+++++-++=+. 令()=X E X ，得31242N N ++=，解得ˆ4N=，即N 的矩估计值是4. 以上是文都考研数学老师总结的参数估计当中的矩估计法，另外，同学们要牢记常用的参数的距估计值，这样可以节约很多时间。
似然估计
∧ ∧
使
为θ的最大似然估计量 最大似然估计量
最大似然估计(2) 最大似然估计(2)
3．计算过程：
>P(X=1)=p= p1(1-p)1-1, P(X=0)=q= p0(1-p)1-0,
ln L(θ1 ,θ 2 ,...,θ n ) =0 θ i
∧
(1)写出似然函L(θ1θ2,…,θn) (2)取对数lnL(θ1θ2,…,θn) (3)求各偏导并令各偏导为零，
∧ ∧ ∧ ∧ θ = g α 1 ,L , α l , β 2 ,L , β s = g ( A1 ,L , Al , B2 ,L , Bs ) ③ ∧
即为θ 的矩估计量。
矩估计(3)
例1求总体X的数学期望EX与方差DX的矩估计量。 解：设 X1,X2,…,Xn,是取自总体的样本，总体X的期望EX和方差 1 n DX=EX2（EX）2， EX = X 令
第三节 参数的最大似然估计和炬估计
最大似然估计(1) 最大似然估计(1)
1．基本思想：在给定样本X1,X2,…Xn之下,给出参数θ1θ2,…,θn的估计值 ．基本思想： ∧ ∧ ∧ θ1 = θ1 , θ 2 = θ 2 ,...,θ n = θ n 之下，样本(x1,x2,…,xn)出现的可能性最大。 费歇尔引进：若一个随机试验有若干个可能的结果w1,w2,…,wn ，如果在某 一次试验后出现了wi，则一般试验条件对结果“wi”出现有利，即这个试验 中“出现wi的概率大”。 2．设 X1,X2,…Xn为来自总体X的样本，X的分布类型已知，但参数θ未知， 对于样本值(x1,x2,…,xn) ，其概率分布（密度函数） (1)X为离散型总体：P{X1=x1,X2=x2,…Xn=xn}=P(X1=x1)P(X2=x2)…P(Xn=xn)=
ex2矩估计量
ex2矩估计量摘要：一、矩估计量的概念1.矩估计量的定义2.矩估计量的性质二、矩估计量的求解1.极大似然估计量2.矩估计量的求解方法三、矩估计量的应用1.参数估计2.假设检验四、矩估计量的优缺点1.优点2.缺点正文：矩估计量是参数估计中的一种方法，它通过利用样本数据的某些统计量来估计参数。
矩估计量是一种点估计量，它具有无偏性、有效性等性质。
在本文中，我们将介绍矩估计量的概念、求解方法、应用以及优缺点。
一、矩估计量的概念矩估计量是一种通过样本数据的统计量来估计参数的方法。
设随机变量X 的概率密度函数为f(x;θ)，其中θ为待估计的参数。
根据矩的定义，我们可以得到参数θ的矩估计量为：θ= (1/n)Σ[f(x;θ) * x]其中，n 为样本容量，x 为样本数据，f(x;θ) 为参数θ的概率密度函数。
二、矩估计量的求解1.极大似然估计量：极大似然估计量是一种特殊的矩估计量，它通过最大化样本数据的似然函数来求解。
设样本数据为x1, x2, ..., xn，似然函数为L(θ;x)，则极大似然估计量为：θ= argmax L(θ;x)2.矩估计量的求解方法：矩估计量的求解方法主要有两种，一种是通过对密度函数求导，另一种是利用样本数据的均值和方差。
设样本数据的均值为μ，方差为σ^2，则矩估计量为：θ= (1/n) * [Σ(x_i - μ) * f(x_i;θ)] / Σ[(x_i - μ)^2* f(x_i;θ)]三、矩估计量的应用1.参数估计：矩估计量可以用于估计各种参数，如均值、方差、比例等。
在实际应用中，我们通常选择易于计算的矩估计量作为参数的估计值。
2.假设检验：在假设检验中，矩估计量可以用于构建检验统计量。
例如，在t 检验中，我们使用样本均值作为总体均值的估计，并将其与总体均值的假设值进行比较。
四、矩估计量的优缺点1.优点：矩估计量具有无偏性和有效性。
无偏性是指矩估计量的期望值等于参数的真实值，有效性是指矩估计量在所有无偏估计量中具有最小方差。
经典参数估计方法(3种方法)
经典参数估计方法：普通最小二乘（OLS）、最大似然（ML）和矩估计（MM）普通最小二乘估计（Ordinary least squares，OLS）1801年，意大利天文学家朱赛普.皮亚齐发现了第一颗小行星谷神星。
经过40天的跟踪观测后，由于谷神星运行至太阳背后，使得皮亚齐失去了谷神星的位置。
随后全世界的科学家利用皮亚齐的观测数据开始寻找谷神星，但是根据大多数人计算的结果来寻找谷神星都没有结果。
时年24岁的高斯也计算了谷神星的轨道。
奥地利天文学家海因里希.奥尔伯斯根据高斯计算出来的轨道重新发现了谷神星。
高斯使用的最小二乘法的方法发表于1809年他的著作《天体运动论》中。
法国科学家勒让德于1806年独立发现“最小二乘法”，但因不为世人所知而默默无闻。
勒让德曾与高斯为谁最早创立最小二乘法原理发生争执。
1829年，高斯提供了最小二乘法的优化效果强于其他方法的证明，因此被称为高斯-莫卡夫定理。
最大似然估计（Maximum likelihood，ML）最大似然法，也称最大或然法、极大似然法，最早由高斯提出，后由英国遗传及统计学家费歇于1912年重新提出，并证明了该方法的一些性质，名称“最大似然估计”也是费歇给出的。
该方法是不同于最小二乘法的另一种参数估计方法，是从最大似然原理出发发展起来的其他估计方法的基础。
虽然其应用没有最小二乘法普遍，但在计量经济学理论上占据很重要的地位，因为最大似然原理比最小二乘原理更本质地揭示了通过样本估计总体的内在机理。
计量经济学的发展，更多地是以最大似然原理为基础的，对于一些特殊的计量经济学模型，最大似然法才是成功的估计方法。
对于最小二乘法，当从模型总体随机抽取n组样本观测值后，最合理的参数估计量应该使得模型能最好地拟合样本数据；而对于最大似然法，当从模型总体随机抽取n组样本观测值后，最合理的参数估计量应该是使得从模型中抽取该n组样本观测值的概率最大。
从总体中经过n次随机抽取得到的样本容量为n的样本观测值，在任一次随机抽取中，样本观测值都以一定的概率出现。