数学统计中的参数估计与区间估计
《概率论与数理统计》学习笔记十一
σ 2 = S2 =
2 1 n Xi − X ) ( ∑ n i =1
n −1 2 ⎛ n −1 2 ⎞ n −1 S ⎟= E (S2 ) = 由于 E σ 2 = E S 2 = E ⎜ σ ， n n ⎝ n ⎠
n 3 ⎡ X 2 − nX 2 ⎤ ∑ i ⎥ n⎢ ⎣ i =1 ⎦
3 ( X − X )2 i n∑ i =1
n
在总体 X 为离散型随机变量情形， 求未知参数 θ 的矩估计量的方法和连续型 情形完全相同。 极大似然估计法 直观想法：概率最大的事件最可能出现。 设总体 X 为连续型随机变量，具有密度函数 f ( x;θ ) ，其中 θ 是待估未知参 数，又设 ( x1 ,L , xn ) 是样本 ( X 1 ,L , X n ) 的一个观测值，则样本 ( X 1 ,L , X n ) 落在观
n
（１）
ˆr ， 把上式中的 α r 都换成相应的样本矩 M r = 1 ∑ X ir ，便得到参数 θ r 的矩估计量 θ n i =1
概率论与数理统计—学习笔记十一
即
θˆr = hr ( M 1 ,L , M k ) , r = 1, 2,L , k .
（２）
这种求估计量的方法称为矩估计法（简称矩法） ，由矩估计法得出的估计量称为 矩估计量。 例１ 设总体 X 在 [ a, b ] 上服从均匀分布，a,b 未知， X 1 ,L , X n 是总体 X 的 一个样本，试求 a,b 矩估计量。 解 X 的概率密度为 1 , a≤ x≤b ⎧ ⎪ f ( x; a, b ) = ⎨ b − a ⎪ 其它 ⎩ 0,
上节介绍了总体参数的常用点估计方法，对同一参数用不同的估计方法可能 得到不同的估计量，哪个估计量更好些呢？下面给出几种评选估计量好坏的标 准。 无偏估计 估计量是样本的函数，是随机变量，对不同的样本观测值，它有不同的估计 值，我们希望估计量的取值在未知参数真值附近摆动，即希望估计量的数学期望 等于未知参数的真值，这就是无偏性的概念。 定义 设 θˆ ( X 1 ,L , X n ) 是未知参数 θ 的估计量，若
统计学中的区间估计方法及其应用
统计学中的区间估计方法及其应用统计学是一门研究数据收集、分析和解释的学科。
在统计学中，区间估计是一种常用的方法，用于估计总体参数的范围。
本文将介绍区间估计的基本概念和常见方法，并探讨其在实际应用中的意义。
一、区间估计的基本概念区间估计是通过样本数据对总体参数进行估计，并给出一个范围，使得该范围内有一定的置信水平包含真实的总体参数值。
常见的区间估计方法有点估计法、区间估计法和极大似然估计法等。
点估计法是通过样本数据计算得到一个点估计值，作为总体参数的估计值。
例如，通过样本均值估计总体均值，通过样本方差估计总体方差等。
区间估计法是在点估计的基础上，给出一个置信区间，该区间包含了总体参数的真实值。
置信区间的计算依赖于样本数据的分布和样本容量等因素。
极大似然估计法是通过最大化似然函数，寻找最有可能生成观测数据的参数值。
该方法常用于对总体分布的参数进行估计。
二、常见的区间估计方法1. 正态分布的区间估计在正态分布的区间估计中，常用的方法有Z检验和T检验。
Z检验适用于大样本，T检验适用于小样本。
这两种方法都是基于正态分布的性质，通过计算样本均值与总体均值之间的差异，得出置信区间。
2. 二项分布的区间估计对于二项分布的区间估计，常用的方法是Wald区间估计和Wilson区间估计。
Wald区间估计是基于正态近似的方法，适用于大样本。
Wilson区间估计是一种修正的方法，适用于小样本。
3. 指数分布的区间估计对于指数分布的区间估计，常用的方法是对数似然比法和置信上限法。
对数似然比法是通过最大化似然函数，得到参数的估计值，并计算置信区间。
置信上限法是寻找参数的最大值，使得观测值在该上限下的概率达到一定的置信水平。
三、区间估计的应用意义区间估计在实际应用中具有重要的意义。
首先，区间估计提供了对总体参数范围的估计，使得我们能够更准确地了解总体的特征。
其次，区间估计能够帮助我们进行决策和预测。
例如，在市场调研中，我们可以通过区间估计来估计产品的需求量，从而制定合理的生产计划。
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,
《概率论与数理统计》7
未知参数 , ,, 的函数.分别令
12
k
L(1,,k ) 0,(i 1,2,...,k)
或令
i
ln L(1,,k ) 0,(i 1,2,...,k)
i
由此方程组可解得参数 i 的极大似然估计值 ˆi.
例5 设X~b(1,p), X1, X2 , …,Xn是来自X的一个样本,
求参数 p 的最大似然估计量.
解 E( X ) ，E( X 2 ) D( X ) [E( X )]2 2 2
由矩估计法,
【注】
X
1
n
n i 1
X
2 i
2
2
ˆ X ,
ˆ
2
1 n
n i 1
(Xi
X )2
对任何总体,总体均值与方差的矩估计量都不变．
➢常见分布的参数矩估计量
(1)若总体X~b(1, p), 则未知参数 p 的矩估计量为
7-1
第七章
参数估计
统计 推断
的 基本 问题
7-2
参数估 计问题
(第七章）
点估计 区间估 计
假设检 验问题 (第八章）
什么是参数估计？
参数是刻画总体某方面概率特性的数量.
当此数量未知时,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
k = k(A1, A2 , …, A k)
用i 作为i的估计量------矩估计量.
例1 设总体X服从[a，b]上的均匀分布，a，b未知，
X1, X2 , …,Xn为来自总体X的样本,试求a，b的 矩估计量．
解 E(X ) a b , D(X ) (b a)2
参数估计PPT课件
高维数据问题
随着数据维度的增加，参数估计的准确性和稳定性面临更大的挑战 。
异方差性和非线性问题
在实际应用中，数据往往存在异方差性和非线性关系，这增加了参 数估计的难度。
参数估计的发展趋势与未来研究方向
1 2 3
贝叶斯推断
区间估计是一种统计推断方法， 它利用样本信息来估计未知参数 的可能取值范围。
区间估计的性质
区间估计给出的是未知参数的一 个可能取值范围，而不是一个具 体的点估计值。
区间估计的优缺点
优点
区间估计能够给出未知参数的一个可能取值范围，从而为决 策者提供更多的信息，有助于理解参数的不确定性。
缺点
由于区间估计给出的范围较宽，可能会引入较大的误差。此 外，对于某些复杂模型，构造有效的区间估计可能比较困难 。
在贝叶斯估计中，先验分布代表了我们对未知参数的先验知识或信念，而后验分布 则是结合先验信息和样本数据后对未知参数的更新信念。
贝叶斯估计的核心思想是将参数看作随机变量，并利用概率论来描述我们对参数的 认知不确定性。
贝叶斯估计的优缺点
优点
贝叶斯估计能够综合考虑先验信息和样本数据，给出参数的后验分布，从而为决 策提供更全面的信息。此外，贝叶斯估计方法灵活，可以适用于不同类型的数据 和问题。
点估计的优缺点
总结词
点估计的优缺点
详细描述
点估计的优点在于它提供了一个简洁的表示未知参数的方法，并且可以利用各种统计方法进行推断和分析。然而 ，点估计也存在一些缺点，如它可能会受到样本误差的影响，导致估计结果不够准确；另外，当样本容量较小时 ，点估计的效果可能会较差。
点估计的常见方法：矩估计、最小二乘法等
(04)第4章 参数估计
（2）99%的置信区间是多少？
（3）若样本容量为40，而观测的数据不变，则 95%的置信区间又是多少？
5 - 31
统计学
STATISTICS
总体均值的区间估计
(例题分析)
12, s 4.1
解:(1)已知n=15, 1- = 95%， =0.05 ，x
统计学
STATISTICS
总体均值的区间估计
统计学
STATISTICS
大样本的估计方法
不论总体是不是服从正态分布，在大样本 （n 30）时，样本均值均服从正态分布。 若已知 2 x
x ~ N ( ,
总体均值 在1- 置信水平下的置信区间为
n
)
z
n
~ N (0,1)
z 2
有效性：对同一总体参数的两个无偏点估计量， 有更小标准差的估计量更有效
ˆ P( )
ˆ1 的抽样分布
B A
ˆ2 的抽样分布
ˆ
5 - 11
ˆ ˆ1 是比 2 更有效，是一个更好的估计量
统计学
STATISTICS
有效性
(efficiency)
x1 x2 x3 样本均值 x 3 x1 2 x2 3x3 和 x1 6
统计学
STATISTICS
第 4 章 参数估计
4.1 参数估计的基本原理 4.2 一个总体参数的区间估计 4.4 样本容量的确定
5-1
统计学
STATISTICS
4.1 参数估计的一般问题
4.1.1 估计量与估计值 4.1.2 点估计与区间估计 4.1.3 评价估计量的标准
区间估计名词解释
区间估计名词解释区间估计是统计学中的一种方法，用于根据样本数据对总体参数（如总体均值、总体比例等）进行估计，并给出一个置信区间。
该方法的目的是通过样本数据对总体参数进行估计，并给出一个范围，称为置信区间，来描述参数真实值的不确定性。
在进行统计推断时，我们常常面临一个问题，即如何根据样本数据对总体参数进行估计，因为我们通常无法全部调查总体。
区间估计的方法基于样本数据的统计量（如样本均值、样本比例等）的分布特征，利用统计学的理论知识和方法，推断总体参数的范围。
区间估计的结果是一个区间，给出了总体参数的估计值的可能范围。
要进行区间估计，首先需要确定置信水平。
置信水平是对估计结果的可靠性的度量，通常表示为95%或99%等。
置信水平越高，置信区间的范围就越宽，对总体参数的估计也就越准确。
然后，利用统计学的公式和方法，计算出样本统计量的分布范围，从而得到置信区间。
置信区间为一个范围，通常写成（下限，上限），表示总体参数的估计值在这个范围内的概率为指定的置信水平。
区间估计有很多种方法，常见的有正态分布区间估计、t分布区间估计等。
其中，正态分布区间估计是基于大样本（n>30）的情况下，利用正态分布的性质进行估计；t分布区间估计适用于小样本（n<30）的情况，因为样本量较小，样本分布通常不满足正态分布的要求，所以使用t分布进行估计。
除此之外，还有二项分布、泊松分布等的区间估计方法，用于估计总体比例或总体均值等参数。
区间估计的优点是可以提供一个范围，显示参数估计的不确定性。
与点估计相比，区间估计更加全面和准确。
然而，区间估计也有其局限性，它只能给出总体参数的范围，但无法确定总体参数的具体值。
因此，在进行区间估计时，我们需要根据实际问题和数据特点选择适当的方法，并合理解释和使用置信区间的结果。
常用的参数估计方法
常用的参数估计方法参数估计是统计分析中的一个重要概念，指的是通过已有的样本数据来估计未知的参数。
常见的参数估计方法包括点估计和区间估计两种。
下面将分别介绍这两种方法及其常见的应用。
一、点估计点估计是通过样本数据来估计总体参数的方法之一，通常用样本的统计量（如样本均值、样本方差等）作为总体参数的估计值。
点估计的特点是简单直观，易于计算。
但是点估计的精度不高，误差较大，因此一般用在总体分布已知的情况下，用于快速估计总体参数。
常见的点估计方法包括最大似然估计、矩估计和贝叶斯估计。
1.最大似然估计最大似然估计是目前最常用的点估计方法之一。
其基本思想是在已知的样本信息下，寻找一个未知参数的最大似然估计值，使得这个样本出现的概率最大。
最大似然估计的优点是可以利用样本数据来估计参数，估计量具有一定的无偏性和效率，并且通常具有渐进正常性。
常见的应用包括二项分布、正态分布、泊松分布等。
2.矩估计矩估计是另一种常用的点估计方法，其基本思想是利用样本矩（如一阶矩、二阶矩等）与相应的总体矩之间的关系，来进行未知参数的估计。
矩估计的优点是计算简单，适用范围广泛，并且具有一定的无偏性。
常见的应用包括指数分布、伽马分布、weibull分布等。
3.贝叶斯估计贝叶斯估计是另一种常用的点估计方法，其基本思想是先对未知参数进行一个先验分布假设，然后基于样本数据对先验分布进行修正，得到一个后验分布，再用后验分布来作为估计值。
贝叶斯估计的优点是能够有效处理小样本和先验信息问题，并且可以将先验偏好考虑进去。
常见的应用包括正态分布、伽马分布等。
二、区间估计区间估计是通过样本数据来构造总体参数的置信区间，从而给出总体参数的不确定性范围。
区间估计的特点是精度高，抗扰动性强，但是计算复杂度高，需要计算和估计的样本量都很大。
常见的区间估计方法包括正态分布区间估计、t分布区间估计、置信区间估计等。
1.正态分布区间估计正态分布区间估计是一种用于总体均值和总体方差的区间估计方法，其基本思想是在已知样本数据的均值和标准差的情况下，根据正态分布的性质得到总体均值和总体方差的置信区间。
概率论第七章参数估计2区间估计
2 / 2 ( n 1)
即
置信区间：
标准差σ的一个置信水平为 1 的置信区间
2 (n 1) S , 2 (n 1) 2
(n 1) S 2 1 (n 1) 2
2
注意：在密度函数不对称时，如 2分布和F 分布，
置信度 1 下，来确定 的置信区间[ , ]
⑴ 已知方差 ，估计均值μ
2
n 1 2 设已知方差 2 0 ，且 X X i 是 的 n i 1 一个无偏点估计，
又
X ~ N (0 , 1) 0 / n
且 对于给定的置信度 查正态分布表，找出
临界值
使得：
2 1 2 2
一个无偏估计， 因为X与Y 相互独立,所以
X Y ~ N ( 1 2 ,
X Y ( 1 2 )
2 1
n1
2 2
n2
)
2 1
n1 n2 所以 1 2 的置信水平为1-α的置信区间为
2 2
~ N (0,1)
( X Y z / 2
已知
由样本值算得：
查表 t0.025 (6) 2.447
得区间：
对某种型号飞机的飞行速度进行15次试验, 测 例 5： 得最大飞行速度(单位: 米/秒)为 422.2, 417.2, 425.6 420.3, 425.8, 423.1, 418.7, 438.3, 434.0, 412.3, 431.5 413.5, 441.3, 423.0, 428.2, 根据长期经验, 可以认为 最大飞行速度服从正态分布. 求飞机最大飞行速度
第三节 区间估计 譬如，在估计湖中鱼数的问题中，若 我们根据一个实际样本，得到鱼数 N 的极 大似然估计为1000条.
参数估计的计算
参数估计的计算参数估计是统计学中最重要的分支之一，其主要目的是通过样本数据来估计总体参数。
在实际应用中，参数估计被广泛应用于各个领域，如工程、医学、金融等。
本文将对参数估计的计算方法进行详细介绍，以帮助读者更好地理解和应用参数估计。
首先，我们需要了解两种参数估计方法：点估计和区间估计。
点估计是指通过样本数据推断出总体参数的具体数值，即求出一个点估计量作为总体参数的估计值。
例如，在一个总体服从正态分布的案例中，我们可以通过样本数据计算出样本均值作为总体均值的点估计量。
区间估计则是通过样本数据来计算一个区间，该区间内包括了真实总体参数具有一定可信度的可能性。
例如，在一个样本数量为n、总体方差已知的正态分布中，我们可以通过样本数据计算一个由样本均值和向量标准误差乘以一个统计量t分布的值组成的区间，来估计总体均值的真实范围。
接下来，我们将分别介绍点估计和区间估计的计算方法。
点估计的计算方法：概率密度函数f(x)是根据样本数据构造出来的概率函数，表示总体分布的形态和特性。
根据这个概率密度函数，我们可以计算出样本的均值、方差和标准差等参数估计量。
其中，样本均值是最常见的点估计量，计算方法如下：样本均值=总体元素之和÷总体元素个数例如，样本中有n个元素，总体元素之和为x1+x2+...+xn，则样本均值为：x¯=（x1+x2+...+xn）÷n同时，我们还需要了解标准误差的概念。
标准误差是指估计量与真实参数之间的差异，通常通过方差来计算。
例如，在一个样本数量为n、总体方差未知的正态分布中，标准误差由下式计算：SE=(S÷√n)其中，S是样本标准差，n是样本数量。
区间估计的计算方法：在区间估计中，我们需要计算的是置信区间，即一个真实总体参数落在样本所计算区间内的概率。
一般情况下，我们选择95%或99%的置信度水平来构造区间。
以样本均值和总体标准差已知的情况为例，我们可以采用下面的公式来计算置信区间：CI（置信区间）=（x¯±Z*SE）其中，x¯是样本均值，Z是标准正态分布的值，SE是标准误差。
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参数估计和区间估计是数学统计中非常重要的概念和方法，在众多统计应用领域都有广泛的应用。
通过参数估计和区间估计，我们可以利用样本数据估计总体中的未知参数，并且得到这些参数的可信区间。
参数估计是指根据样本数据对总体参数进行估计。
总体参数可以是总体均值、总体比例、总体方差等。
而样本数据是从总体中随机抽取的一部分数据。
通过计算样本数据的统计量，如样本均值、样本比例等，我们可以利用这些统计量对总体参数进行估计。
通常情况下，样本估计量与总体参数并不完全相等，而是存在一定的误差。
因此，我们需要对估计值进行修正，使得估计值更接近于总体参数的真实值。
参数估计的常用方法包括最大似然估计和矩估计等。
在参数估计的基础上，我们可以利用区间估计来研究估计值的可信程度。
区间估计是指通过样本数据对总体参数给出一个区间估计范围，这个范围称为置信区间。
置信区间是根据概率理论和统计推断方法计算出来的，它表示了一个参数的估计值在一定的置信水平下的范围。
在进行区间估计时，我们需要确定置信水平和置信区间的计算方法。
常用的置信水平有95%、99%等，这表示我们在统计推断中所采用的置信区间的正确性水平。
而置信区间的计算方法一般使用正态分布或t分布来进行。
区间估计的优势在于可以提供一个测量估计误差的范围。
在科学研究中，我们往往需要对实验结果进行合理的解释和判断。
如果我们只给出一个点估计，没有提供估计误差的范围，那么我们不能确定这个估计结果的可信程度。
而利用区间估计，我们可以提供一个置信水平下的范围，从而比较客观地评估估计结果的可信程度。
参数估计和区间估计在实际的统计应用中非常重要。
它们可以帮助我们从有限的样本数据中推断总体特征，并对推断结果给出一个可信程度的评估。
在社会科学、医学研究、市场调查等领域，参数估计与区间估计的方法被广泛应用于数据分析和决策制定中。
总的来说，数学统计中的参数估计与区间估计是我们对总体参数进行估计和评估的重要方法。
通过参数估计，我们可以利用样本数据对总体参数进行估计。
而通过区间估计，我们可以为估计值提供一个置信水平下的范围，从而评估估计结果的可信程度。
参数估计和区间估计是数学统计中不可或缺的工具，它们在现代科学研究和数据分析中起着重要的作用。