心理学研究方法与统计:速成包

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。

新题目返回课程

在打印窗口中选择“另存为 PDF”,即可在设备上保存一份副本。

1公式与方法

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

概率

补事件
P(not A) = 1 − P(A)
加法公式
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
独立事件
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
条件概率
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
二项分布
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

正态分布

z 分数
z = (x − μ)/σ
小于 x
P(X < x) = Φ(z)
大于 x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
介于两者之间
Φ(z2) − Φ(z1)
百分位数
x = μ + z·σ

方法

  1. 把数值换算为 z 分数:z = (x − μ)/σ。
  2. 查 Φ(z),即 z 左侧的面积。
  3. 右侧面积用 1 − Φ(z);区间面积用两个左侧面积相减。
  4. 求百分位数时反向计算:先由面积求 z,再求 x = μ + z·σ。

置信区间

σ 已知
x̄ ± z·σ/√n
σ 未知
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
临界 z 值
90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
样本量
n = (z·σ/E)², rounded up

方法

  1. 在 z(已知总体 σ)和 t(只有样本 s,自由度为 n − 1)之间作出选择。
  2. 求该置信水平下的临界值。
  3. 误差限:E = 临界值 × 标准差/√n。
  4. 区间:x̄ ± E。

假设检验与置信区间

均值的 z 检验
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
均值的 t 检验
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
5% 双侧
若 |z| > 1.96 则拒绝 H0
置信区间
x̄ ± z·σ/√n

方法

  1. 写出 H₀ 和 H₁,并确定是单侧检验还是双侧检验。
  2. 计算检验统计量:(x̄ − μ₀)/(σ/√n),或者用 s 和 t。
  3. 与临界值比较,或求出 p 值。
  4. 若统计量超出临界值(p 小于 α),则拒绝 H₀,并用文字写出结论。

线性回归与相关

平方和
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
斜率
b = Sxy/Sxx
截距
a = ȳ − b·x̄
相关系数
r = Sxy/√(SxxSyy)
残差
e = y − ŷ

卡方检验

检验统计量
χ² = Σ(O − E)²/E
拟合优度
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
独立性
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
临界值(α = 0.05)
df 1: 3.841, 2: 5.991, 3: 7.815, 4: 9.488
决策
若 χ² > χ²crit,则拒绝 H0

2练习题

1.心理学研究方法中等

访谈中的开放式问题收集的是哪类数据?

  1. A只有称名量化数据
  2. B等距数据
  3. C比率数据
  4. D质性数据
2.心理学研究方法困难

一名研究者使用问卷、访谈和观察来研究工作压力,各项发现相互一致。这种方法称为:

  1. A分层
  2. B平衡抵消
  3. C重复研究
  4. D三角验证
3.描述统计中等
202530354045505560

求数据的样本标准差 s:60, 54, 20, 38, 36, 56, 39。

n = 7
s =
4.描述统计困难
z −2−1012

某量服从正态分布,平均数为 100,标准差为 10。数值高于 106 的比例 P 是多少?

μ = 100σ = 10x = 106
P =
5.概率中等
xp(x)00.310.3520.0530.1540.15μ = 1.5

对图中的分布,求 X 的方差 Var(X)。

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0.3, 0.35, 0.05, 0.15, 0.15
Var(X) =
6.概率困难
n = 7, p = 0.4: P(X = 3) = ?k01234567

一份测试有 7 道选择题。一名靠猜的学生每题答对的概率为 0.4,相互独立。恰好答对 3 题的概率 P 是多少?

n = 7p = 0.4k = 3
P =
7.正态分布中等
225 kg225.8 kgT = X₁ + … + X₉?

水泥袋的质量相互独立,服从均值 25 kg、标准差 0.5 kg 的正态分布。求其中 9 个的总质量低于 225.8 kg 的概率 P。z 取两位小数。

μ = 25 kgσ = 0.5 kgn = 9< 225.8 kg
P =
8.正态分布困难
μ = 178x = ?95%

成年男性的身高服从正态分布,均值为 178 cm,标准差为 7 cm。求数值 x,使得有 95% 的数据低于它(第 95 百分位数)。

μ = 178σ = 7P = 95%
x = cm
9.置信区间中等
x̄E₁ = 2.195%, n = 25x̄E₂ = ?99%, n = 25

基于 25 个观测值且 σ 已知的均值 95% 置信区间,其误差范围为 2.1。 用同样的数据计算 99% 区间,其误差范围 E₂ 是多少?

95%n₁ = 25E₁ = 2.199%
E₂ =
10.置信区间困难
n = 25σ = ?Us = 9.795%

25 根机加工轴的直径样本标准差为 9.7 µm。假设直径服从正态分布,求总体标准差 95% 置信区间的下限 σ。df = 24 时,χ² 分布有 2.5% 位于 12.401 以下,2.5% 位于 39.364 以上。

n = 25s = 9.7 µmχ² = 12.401, 39.364
σ = µm
11.假设检验与置信区间中等
t −1.98401.984

100 名学生的样本平均分为 50.85,样本标准差为 5。求 H₀: μ = 50 的检验统计量 t。

μ₀ = 50x̄ = 50.85s = 5n = 100
t =
12.假设检验与置信区间困难
−1.961.96z = ?

在一项试验中,接受治疗 A 的 150 名患者中有 60 人康复,接受治疗 B 的 120 名患者中有 58 人康复。用合并比例求 H₀: p₁ = p₂ 的检验统计量 z。

x₁ = 60n₁ = 150x₂ = 58n₂ = 120
z =
13.线性回归与相关中等
xy1233235307329341143xy5103040

表中给出 6 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (k€)。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 6Σx = 36Σy = 185Σx² = 286Σy² = 5987Σxy = 1245
r =
14.线性回归与相关困难
xy16851810620120221202413426155xy2025100150x = 17

表中给出 6 对观测值 x = 温度 (°C) 和 y = 冰淇淋销量。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 预测 x = 17 时的 ŷ。

n = 6x = 17
ŷ =
15.卡方检验中等
无缺陷轻微严重合计白班25171860夜班652827120合计904545180

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。

N = 1802 × 3
χ² =
16.卡方检验困难
dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

一个卡方拟合优度检验将 11 个类别的观测频数与完全给定的期望比例进行比较(没有由数据估计的参数)。 利用表格,求显著性水平 α = 0.01 下的临界值 χ²crit。

α = 0.01
χ²crit =

3溶液

1.心理学研究方法

答案: D · 质性数据

为什么是这个答案

开放式问题产生丰富的质性数据,比封闭式问题的回答更难进行统计分析。

答案

D · 质性数据
2.心理学研究方法

答案: D · 三角验证

为什么是这个答案

三角验证使用多种方法、来源或研究者。它们之间的一致提高了对研究结果效度的信心。

答案

D · 三角验证
3.描述统计

答案: s = 14.13

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。

平均数

x̄ = 303/7 = 43.29

离差平方

Σ(x − x̄)² = 16.71² + 10.71² + (−23.29)² + (−5.286)² + (−7.286)² + 12.71² + (−4.286)² = 1197

标准差

s = √(1197/6) = 14.13

答案

s = 14.13
4.描述统计

答案: P = 0.2743

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。

标准化

z = 0.6

标准正态分布表

Φ(0.6) = 0.7257
P = 1 − 0.7257 = 0.2743

答案

P = 0.2743
5.概率

答案: Var(X) = 2.05

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。

平均数

μ = 0·0.3 + 1·0.35 + 2·0.05 + 3·0.15 + 4·0.15 = 1.5

平方的均值

E(X²) = 0·0.3 + 1·0.35 + 4·0.05 + 9·0.15 + 16·0.15 = 4.3

方差

Var(X) = 4.3 − 1.5² = 2.05

答案

Var(X) = 2.05
6.概率

答案: P = 0.2903

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。

二项分布公式

P(X = 3) = 35·0.43·0.64 = 35·0.064·0.1296 = 0.2903

答案

P = 0.2903
7.正态分布

答案: P = 0.7019

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)。

总和的分布

μT = 225 kg, σT = 0.5·√9 = 1.5 kg

标准化

z = (225.8 − 225)/1.5 = 0.53

概率

P = Φ(0.53) = 0.7019

答案

P = 0.7019
8.正态分布

答案: x = 189.5 cm

正态分布:把数值 x 换算成 z 分数 z = (x − μ)/σ,它表示离均值有多少个标准差。z 表(或 Φ(z))给出 z 左侧的面积,即 P(X < x)。右侧面积为 1 − Φ(z),两个值之间的面积等于它们左侧面积之差。

该百分位数对应的 z

Φ(z) = 0.95 → z = 1.645

换算回 x

x = 178 + 1.645·7 = 189.51 cm

答案

x = 189.51 cm
9.置信区间

答案: E₂ = 2.76

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

误差范围之比

E₂/E₁ = (2.576/1.96)·√(25/25) = 1.314

新的误差范围

E₂ = 2.1·1.314 = 2.76

答案

E₂ = 2.76
10.置信区间

答案: σ = 7.574 µm

方差的区间:(n − 1)s²/σ² 服从自由度为 n − 1 的 χ² 分布。σ² 的 95% 区间从 (n − 1)s² 除以上侧 χ² 值(其上方占 2.5%)到 (n − 1)s² 除以下侧 χ² 值(其下方占 2.5%);σ 的区间是这两个限值的平方根。它关于 s 不对称。

平方和

(n − 1)s² = 24·9.7² = 2258

σ² 的限值

2258/39.364 = 57.37
2258/12.401 = 182.1

σ 的限值

σ = √57.37 = 7.574 µm

答案

σ = 7.574 µm

σ 的 95% 区间:[7.574, 13.49] µm。

11.假设检验与置信区间

答案: t = 1.7

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)。

标准误

SE = 5/√100 = 5/10 = 0.5

检验统计量

t = (50.85 − 50)/0.5 = 1.7

答案

t = 1.7
t0.025; df = 99 = 1.984

|t| < 1.984,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。

12.假设检验与置信区间

答案: z = −1.372

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.

样本比例

p̂₁ = 60/150 = 0.4
p̂₂ = 58/120 = 0.4833
p̂ = 118/270 = 0.437

H₀ 下的标准误

SE = √(0.437·0.563·(1/150 + 1/120)) = 0.06075

检验统计量

z = (0.4 − 0.4833)/0.06075 = −1.372

答案

z = −1.372

|z| < 1.96,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。

13.线性回归与相关

答案: r = 0.9594

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。

中心化后的和

Sxy = 1245 − 36·185/6 = 135
Sxx = 286 − 36²/6 = 70
Syy = 5987 − 185²/6 = 282.8

相关系数

r = 135/√(70·282.8) = 0.9594

答案

r = 0.9594
14.线性回归与相关

答案: ŷ = 95.2

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。

均值

x̄ = 126/6 = 21
ȳ = 720/6 = 120

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 434

回归直线

b = 434/70 = 6.2
a = 120 − 6.2·21 = −10.2
ŷ = −10.2 + 6.2·x

预测

ŷ = −10.2 + 6.2·17 = 95.2

答案

ŷ = 95.2
15.卡方检验

答案: χ² = 2.55

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。

期望频数

白班: 60·90/180 = 30, 60·45/180 = 15, 60·45/180 = 15
夜班: 120·90/180 = 60, 120·45/180 = 30, 120·45/180 = 30

卡方统计量

χ² = (25 − 30)²/30 + (17 − 15)²/15 + (18 − 15)²/15 + (65 − 60)²/60 + (28 − 30)²/30 + (27 − 30)²/30
χ² = 2.55

答案

χ² = 2.55

df = 2。在 α = 0.05 时临界值为 5.991,所以 H₀(独立)不被拒绝。

16.卡方检验

答案: χ²crit = 23.21

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。

自由度

df = 11 − 1 = 10

表

χ²crit(df = 10, α = 0.01) = 23.209

答案

χ²crit = 23.209

若计算出的 χ² 大于该值,则拒绝 H₀。

ExamProblems · examproblems.com/courses/research-methods-psychology