描述统计
- 平均数
- x̄ = Σx/n
- 样本标准差
- s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
- 中位数
- 排序后数据的中间值
- z 分数
- z = (x − μ)/σ
- 正态分布
- 68% 落在 ±1σ 内,95% 落在 ±2σ 内
公式表、每个专题的关键方法步骤和 16 道练习题,完整解答附在最后。
哪种设计在每个条件中使用不同的参与者?
一项只以职业篮球运动员为对象的研究发现,身高与智商的相关为 r = 0.05,而在一般人群中这一相关更高。最能解释这种弱相关的是什么?
求数据的样本标准差 s:33, 51, 57, 55, 21, 15。
某量服从正态分布,平均数为 100,标准差为 20。数值低于 84 的比例 P 是多少?
从 9 人中选出 3 人组成委员会,有多少种选法 N?顺序无关。
X 的分布如图所示,Y = 0.5X + 4。求 Y 的标准差 σY。
拖动 z,使标准正态曲线下 −z 与 z 之间的阴影面积为 0.6211。求 z,保留两位小数。
孔径 D 服从均值 25.05 mm、标准差 0.02 mm 的正态分布。轴径 d 独立,服从均值 25 mm、标准差 0.02 mm 的正态分布。随机选取的一根轴在 D − d > 0 时能装入。求它能装入的概率 P。z 取两位小数。
比较两种手机型号的电池续航时间。型号 1:30 部手机,均值 78.5 h,已知标准差 12 h。型号 2:60 部手机,均值 87.5 h,已知标准差 9 h。 求 μ₁ − μ₂ 的 90% 置信区间的上限。
一项预研究表明,约有 0.6 的产品有缺陷。 必须检验多少件产品 n,才能使比例的 95% 置信区间的误差范围不超过 0.05?
16 名学生的样本平均分为 105.3,样本标准差为 10。求 H₀: μ = 100 的检验统计量 t。
在一项试验中,接受治疗 A 的 120 名患者中有 30 人康复,接受治疗 B 的 300 名患者中有 51 人康复。用合并比例求 H₀: p₁ = p₂ 的检验统计量 z。
表中给出 5 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (k€)。 求皮尔逊相关系数 r。
表中给出 6 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 预测 x = 12 时的 ŷ。
列联表给出了观测频数。计算行变量与列变量独立性检验的卡方统计量 χ²。不使用连续性校正。
一个卡方拟合优度检验检验 6 个类别的频数是否服从泊松分布,其均值由同一组数据估计。 该检验的自由度 df 是多少?
答案: C · 独立组设计
独立组设计中每个条件的参与者不同,可避免顺序效应,但存在被试变量的风险。
答案: C · 全距受限
当样本只覆盖某个变量很窄的范围时,涉及该变量的相关就会降低。篮球运动员都很高,因此身高变化很小。
答案: s = 18.22
描述统计:平均数是总和除以 n;中位数是排序后数据的中间值(n 为偶数时取中间两个数的平均)。样本标准差 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z 分数 z = (x − μ)/σ 表示某个值离平均数多少个标准差。
答案: P = 0.2119
描述统计:平均数是总和除以 n;中位数是排序后数据的中间值(n 为偶数时取中间两个数的平均)。样本标准差 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z 分数 z = (x − μ)/σ 表示某个值离平均数多少个标准差。
答案: N = 84
概率:在等可能结果下,P(A) = 有利结果数/总数。独立事件相乘:P(A 且 B) = P(A)·P(B)。补事件常常有用:P(至少一个) = 1 − P(一个都没有)。二项分布:在 n 次独立试验中,成功概率为 p,P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。
答案: σY = 0.4183
离散随机变量:概率分布列出变量能取的每个值 x 及其概率 p(x);概率介于 0 和 1 之间,且总和为 1。期望值(均值)是 E(X) = Σx·p(x),即长期平均值。方差为 Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²,标准差为 σ = √Var(X)。对线性变换 Y = aX + b:E(Y) = a·E(X) + b,Var(Y) = a²·Var(X),σY = |a|·σX;加上常数不会改变离散程度。
均值确实会改变:E(Y) = 0.5·1 + 4 = 4.5。
答案: z = 0.88
由面积反求 z:Φ(z) 是 z 左侧的面积。对于左尾面积 A,在表中找出使 Φ(z) = A 的 z。右尾面积 A 意味着 Φ(z) = 1 − A。−z 与 z 之间的中间面积 A 使每个尾部剩下 (1 − A)/2,所以 Φ(z) = (1 + A)/2。对于数值 x,用 x = μ + zσ。
在表中找到 0.8106,读出 z。
答案: P = 0.9616
正态变量的和与差:若 X 和 Y 相互独立且服从正态分布,则 X + Y 与 X − Y 也服从正态分布。均值相加或相减:E(X ± Y) = μX ± μY。方差总是相加,差也是如此:Var(X ± Y) = σX² + σY²,所以 σ = √(σX² + σY²)。标准差从不直接相加。n 个独立同分布项的总和,均值为 n·μ,标准差为 σ·√n。然后照常标准化:z = (x − 均值)/σ,再查 Φ(z)。
答案: 上限 = −4.921 h
Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.
区间不包含 0,所以两个均值有显著差异。
答案: n = 369
Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0.5, which gives the largest n.
答案: t = 2.12
均值检验:检验统计量衡量样本均值离 H₀ 所声称的值有多少个标准误:σ 已知时 z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n),由样本估计时 t = (x̄ − μ₀)/(s/√n)。置信区间为 x̄ ±(临界值)·(标准误)。
|t| < 2.131,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。
答案: z = 1.877
Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.
|z| < 1.96,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。
答案: r = 0.9897
最小二乘回归:设 x̄ 和 ȳ 为均值,Sxx = Σ(x − x̄)²,Syy = Σ(y − ȳ)²,Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ),则直线 ŷ = a + b·x 的斜率 b = Sxy/Sxx,截距 a = ȳ − b·x̄,因此它总是通过 (x̄, ȳ)。皮尔逊相关系数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) 介于 −1 与 1 之间;r² 是 y 的变异中能被该直线解释的比例。
答案: ŷ = 128.8
最小二乘回归:设 x̄ 和 ȳ 为均值,Sxx = Σ(x − x̄)²,Syy = Σ(y − ȳ)²,Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ),则直线 ŷ = a + b·x 的斜率 b = Sxy/Sxx,截距 a = ȳ − b·x̄,因此它总是通过 (x̄, ȳ)。皮尔逊相关系数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) 介于 −1 与 1 之间;r² 是 y 的变异中能被该直线解释的比例。
答案: χ² = 9.751
卡方检验:用 χ² = Σ(O − E)²/E 比较观测频数 O 与 H₀ 下的期望频数 E。拟合优度检验:每个类别 E = n·p,df = k − 1(每由数据估计一个参数再减一)。r × c 列联表的独立性检验:E = 行合计 × 列合计 / 总计,df = (r − 1)(c − 1)。当 χ² 超过所选 α 下的临界值时拒绝 H₀。
df = 1。在 α = 0.05 时临界值为 3.841,所以 H₀(独立)被拒绝。
答案: df = 4
卡方检验:用 χ² = Σ(O − E)²/E 比较观测频数 O 与 H₀ 下的期望频数 E。拟合优度检验:每个类别 E = n·p,df = k − 1(每由数据估计一个参数再减一)。r × c 列联表的独立性检验:E = 行合计 × 列合计 / 总计,df = (r − 1)(c − 1)。当 χ² 超过所选 α 下的临界值时拒绝 H₀。
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