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。

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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

一个 15 题焦虑量表的 Cronbach's α 为 0.88,这表明:

  1. A该量表能很好地预测未来的焦虑
  2. B题目具有良好的内部一致性
  3. C分数在六个月内保持稳定
  4. D该量表对焦虑有显著影响
2.心理学研究方法困难

一个自评量表发现,同意很多陈述的人不论内容如何都会得高分。这是哪种反应偏差?如何减少?

  1. A顺序效应;对参与者进行平衡抵消
  2. B社会赞许性偏差;使用更大的样本
  3. C默认(顺从)偏差;加入反向措辞的题目
  4. D需求特征;使用双盲设计
3.描述统计中等
3540455055

求数据的样本标准差 s:53, 54, 38, 56, 35。

n = 5
s =
4.描述统计困难
z −2−1012

某量服从正态分布,平均数为 60,标准差为 12。数值低于 42 的比例 P 是多少?

μ = 60σ = 12x = 42
P =
5.概率中等
xp(x)00.1510.320.2530.2540.05μ = 1.75

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0.15, 0.3, 0.25, 0.25, 0.05
σ =
6.概率困难
xp(x)00.2520.340.360.15μ

X 的分布如图所示,Y = 5X + 1。求 Y 的标准差 σY。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.25, 0.3, 0.3, 0.15Y = 5X + 1
σY =
7.正态分布中等
200 mm199.5 mmX + Y?

X 服从均值 120 mm、标准差 0.3 mm 的正态分布;Y 独立,服从均值 80 mm、标准差 0.4 mm 的正态分布。求 X + Y 大于 199.5 mm 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 120, σX = 0.3μY = 80, σY = 0.4X + Y > 199.5 mm
P =
8.正态分布困难
235240245250255260265g顶部 15%

袋装重量 服从正态分布,均值为 250 g,标准差为 5 g。拖动截断值,使阴影的前 15% 位于其右侧。求截断值 x。

μ = 250 gσ = 5 g15%
x = g
9.置信区间中等
n = 13, sd​ = 4.10LU = ?d̄ = 7.9E90%

测量 13 名患者治疗前后的血压。差值 d = 治疗前 − 治疗后 (mmHg) 的均值为 7.9,标准差为 4.1。 求平均差值的 90% 置信区间的上限。

n = 13d̄ = 7.9sd = 4.190%t(12) = 1.782
上限 = mmHg
10.置信区间困难
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0.590%

总体标准差为 10。样本量 n 至少要多大,才能使均值的 90% 置信区间的误差范围不超过 0.5?

σ = 10E = 0.590%
n =
11.假设检验与置信区间中等
1.26p = ?

据称某总体的均值为 50;已知总体标准差为 12。一个含 64 个观测值的随机样本均值为 51.89。检验 H₀: μ = 50 对 H₁: μ > 50。求 p 值 p。

μ₀ = 50σ = 12n = 64x̄ = 51.89H₁: μ > μ₀
p =
12.假设检验与置信区间困难
μ₀x̄c

在 α = 0.05 下,用容量为 25 的样本对 H₀: μ = 100 与 H₁: μ > 100 进行单侧 z 检验;已知标准差为 12.5。实际上均值为 107。 求该检验的功效 1 − β,以百分比表示。

μ₀ = 100μ = 107σ = 12.5n = 25α = 0.05
1 − β = %
13.线性回归与相关中等
xy356456553664765xy46556065

表中给出 5 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 5Σx = 25Σy = 294Σx² = 135Σy² = 17402Σxy = 1496
r =
14.线性回归与相关困难
xy139240347444554658xy246405060x = 4.5

表中给出 6 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (k€)。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 预测 x = 4.5 时的 ŷ。

n = 6x = 4.5
ŷ =
15.卡方检验中等
无缺陷轻微严重合计白班444214100夜班16304288合计607256188

列联表给出了观测频数。为进行卡方独立性检验,求单元格“夜班,无缺陷”的期望频数 E。

行合计 = 88列合计 = 60N = 188
E =
16.卡方检验困难
是否合计生产线 1582280生产线 2562480生产线 351960合计16555220dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

表中给出了观测频数。在 α = 0.01 下检验两个变量是否独立(不使用连续性校正)。计算检验统计量 χ²,再与表中的临界值比较。

N = 2203 × 2α = 0.01
χ² =

3溶液

1.心理学研究方法

答案: B · 题目具有良好的内部一致性

为什么是这个答案

Cronbach's α 估计内部一致性;约 0.7 或以上通常被认为可以接受。它本身并不能说明效度。

答案

B · 题目具有良好的内部一致性
2.心理学研究方法

答案: C · 默认(顺从)偏差;加入反向措辞的题目

为什么是这个答案

默认偏差是一种倾向于同意题目的倾向。混合正向和反向措辞的题目,意味着对一切都表示同意不再会产生极端分数。

答案

C · 默认(顺从)偏差;加入反向措辞的题目
3.描述统计

答案: s = 9.884

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 = 236/5 = 47.2

离差平方

Σ(x − x̄)² = 5.8² + 6.8² + (−9.2)² + 8.8² + (−12.2)² = 390.8

标准差

s = √(390.8/4) = 9.884

答案

s = 9.884
4.描述统计

答案: P = 0.06681

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 = −1.5

标准正态分布表

Φ(−1.5) = 0.06681
P = 0.06681

答案

P = 0.06681
5.概率

答案: σ = 1.135

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 = 0·0.15 + 1·0.3 + 2·0.25 + 3·0.25 + 4·0.05 = 1.75

平方的均值

E(X²) = 0·0.15 + 1·0.3 + 4·0.25 + 9·0.25 + 16·0.05 = 4.35

方差

Var(X) = 4.35 − 1.75² = 1.287
σ = √1.287 = 1.135

答案

σ = 1.135
6.概率

答案: σY = 10.14

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。

X 的离散程度

μ = 2.7, Var(X) = 4.11, σX = 2.027

线性变换

σY = |5|·2.027 = 10.14

答案

σY = 10.14

均值确实会改变:E(Y) = 5·2.7 + 1 = 14.5。

7.正态分布

答案: P = 0.8413

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)。

和的分布

μ = 200 mm, σ = √(0.3² + 0.4²) = 0.5 mm

标准化

z = (199.5 − 200)/0.5 = −1

上尾

P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0.1587 = 0.8413

答案

P = 0.8413
8.正态分布

答案: x = 255.2 g

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。

左侧的面积

Φ(z) = 0.85

由表得到的 z

z ≈ 1.04

回到原来的单位

x = 250 + 1.04·5 = 255.2 g

答案

x = 255.2 g
9.置信区间

答案: 上限 = 9.926 mmHg

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.

临界值

df = 12, t = 1.782

误差范围

E = 1.782·4.1/√13 = 2.026

区间

7.9 ± 2.026 → [5.874, 9.926]

答案

上限 = 9.926 mmHg
10.置信区间

答案: n = 1083

均值的置信区间:x̄ ± 误差范围。总体 σ 已知时,误差范围为 z·σ/√n;只有样本标准差 s 时,用自由度为 n − 1 的 t:t·s/√n。临界值:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。要使误差范围不超过 E,需要 n ≥ (z·σ/E)²,并向上取整。

解出 n

n = (1.645·10/0.5)² = 1082

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 1083

答案

n = 1083
11.假设检验与置信区间

答案: p = 0.1038

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.

检验统计量

SE = σ/√n = 12/√64 = 1.5
z = (51.89 − 50)/1.5 = 1.26

尾部面积

Φ(1.26) = 0.8962
1 − Φ(1.26) = 0.1038

p 值

p = 0.1038

答案

p = 0.1038

p > 0.05,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀。

12.假设检验与置信区间

答案: 1 − β = 87.6 %

检验功效:功效 = 1 − β,是 H₀ 为假时拒绝 H₀ 的概率。由 μ₀ 和 z_α 求出临界值 x̄c,再用真实均值计算落在 x̄c 以外的概率:z = (x̄c − μ)/(σ/√n)。

临界样本均值

SE = 12.5/√25 = 2.5
x̄c = 100 + 1.645·2.5 = 104.1

真实均值下的 z

z = (104.1 − 107)/2.5 = −1.155

功率

功效 = P(Z > −1.155) = 87.6%
1 − β = 87.6%

答案

1 − β = 87.6%
13.线性回归与相关

答案: r = 0.7674

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 = 1496 − 25·294/5 = 26
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 17402 − 294²/5 = 114.8

相关系数

r = 26/√(10·114.8) = 0.7674

答案

r = 0.7674
14.线性回归与相关

答案: ŷ = 50.83

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 = 21/6 = 3.5
ȳ = 282/6 = 47

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 67

回归直线

b = 67/17.5 = 3.829
a = 47 − 3.829·3.5 = 33.6
ŷ = 33.6 + 3.829·x

预测

ŷ = 33.6 + 3.829·4.5 = 50.83

答案

ŷ = 50.83
15.卡方检验

答案: E = 28.09

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

E = 88·60/188 = 28.09

答案

E = 28.09
16.卡方检验

答案: χ² = 4.533

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

生产线 1: 60, 20
生产线 2: 60, 20
生产线 3: 45, 15

卡方统计量

χ² = (58 − 60)²/60 + (22 − 20)²/20 + (56 − 60)²/60 + (24 − 20)²/20 + (51 − 45)²/45 + (9 − 15)²/15
χ² = 4.533

决策

df = 2, χ²crit = 9.210
4.533 < 9.210

答案

χ² = 4.533

χ² 低于临界值,所以不拒绝 H₀:没有显著证据表明两者相关。

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