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。
分半信度涉及:
一项研究报告了两个人数相等的独立组的 t(28) = 2.50,p = .018。共有多少名参与者?
求数据的样本标准差 s:10, 54, 41, 53, 49, 29。
某量服从正态分布,平均数为 500,标准差为 60。数值低于 560 的比例 P 是多少?
对图中的分布,求 X 的方差 Var(X)。
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 0.6,相互独立。恰好答对 4 题的概率 P 是多少?
带行李的乘客的质量相互独立,服从均值 85 kg、标准差 12 kg 的正态分布。求其中 6 个的总质量超过 465.9 kg 的概率 P。z 取两位小数。
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 25% 的数据低于它(第 25 百分位数)。
测量 15 名患者治疗前后的血压。差值 d = 治疗前 − 治疗后 (mmHg) 的均值为 −9.9,标准差为 6.2。 求平均差值的 99% 置信区间的误差范围 E。
一项预研究表明,约有 0.4 的产品有缺陷。 必须检验多少件产品 n,才能使比例的 99% 置信区间的误差范围不超过 0.02?
36 名学生的样本平均分为 203,样本标准差为 15。求 H₀: μ = 200 的检验统计量 t。
在一项试验中,接受治疗 A 的 80 名患者中有 56 人康复,接受治疗 B 的 250 名患者中有 148 人康复。用合并比例求 H₀: p₁ = p₂ 的检验统计量 z。
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。
表中给出 5 对观测值 x = 车龄(年) 和 y = 价格 (k€)。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 新得到一个观测值 (3.5, 22)。求其残差 e = y − 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。
对一个 2 行 11 列(不含合计)的列联表进行卡方独立性检验。 利用表格,求显著性水平 α = 0.05 下的临界值 χ²crit。
答案: A · 比较同一测验两半的得分,以检查内部一致性
如果两半测量的是同一个结构,它们的得分应高度相关。Cronbach's α 把这一思路推广到所有可能的分半方式。
答案: A · 30
自由度为 28 意味着有 28 + 2 = 30 名参与者,每组 15 人。
答案: s = 17.12
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 = 0.8413
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: Var(X) = 105
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。
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。
答案: P = 0.9332
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: x = 173.3 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。
答案: E = 4.766 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.
答案: n = 3982
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 = 1.2
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| < 2.03,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。
答案: z = 1.731
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 = 0.9987
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: e = 3.7
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。
该点位于直线上方。
答案: χ² = 6.33
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: χ²crit = 18.31
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。
若计算出的 χ² 大于该值,则拒绝 H₀。
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