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参数估计

目的

参数估计问题是利用样本 X1,X2,,Xn 提供的信息,对总体中的未知参数或参数的函数作出估计。

分类

{

点估计:估计未知参数的一个值。 区间估计:根据样本构造出适当的区间,它以一定概率包含未知参数或未知函数参数的真值。

点估计

定义

X1,X2,,Xn 是来自总体 X 的样本,X1,X2,,Xn 的联合分布函数为 F(x1,x2,,xn)T(X1,X2,,Xn) 是未知参数 θ 的一个估计,若对每一个 θ 都有一个确定的估计值 t 与之对应,则称 T(X1,X2,,Xn)θ点估计tθ估计值,记为 θ^

若总体分布中含有 k 个未知参数 θ1,θ2,,θk,则由样本建立 k 个不带任何未知参数的统计量 θ^i=Ti(X1,X2,,Xn)i=1,2,,k,将它们分别作为 k 个未知参数 θ1,θ2,,θk 的点估计量。

矩估计

思想

X1,X2,,Xn 是来自总体 X 的样本,X1,X2,,Xn 的联合分布函数为 F(x1,x2,,xn)X1,X2,,Xnk 阶原点矩为

Ak=1ni=1nXik,k=1,2,

若总体 Xk 阶原点矩 E(Xk) 存在,则由样本 X1,X2,,Xnk 阶原点矩 Ak 作为总体 Xk 阶原点矩 E(Xk) 的估计,即

θ^k=Ak=1ni=1nXik

称为总体 Xk 阶原点矩的矩估计

步骤

区间估计

定义

θ 是总体的一个未知参数,X1,X2,,Xn 是来自该总体的样本。若由样本确定的两个统计量 θ=θ(X1,X2,,Xn)θ=θ(X1,X2,,Xn) 满足 θ<θ,使得

P{θ<θ<θ}=1α

则称随机区间 (θ,θ)θ 的置信水平为 1α置信区间θθ 分别称为置信水平为 1α双侧置信区间的置信下限和置信上限。

置信区间的求法

枢轴量法

寻找一个样本和待估参数的函数 T=T(X1,X2,,Xn;θ),且满足:

  1. T 的分布不依赖于未知参数
  2. Tθ 的单调函数

称这样的 T枢轴量

正态总体参数的区间估计

单个正态总体均值的区间估计

方差 σ2 已知

X1,X2,,Xn 是来自正态总体 N(μ,σ2) 的样本,σ2 已知,求 μ 的置信水平为 1α 的置信区间。 μ 的点估计为 X=1ni=1nXi,则

Xμσ/nN(0,1)

P{zα/2Xμσ/nzα/2}=1α

P{Xσnzα/2μX+σnzα/2}=1α

因此,μ 的置信水平为 1α 的置信区间为

[Xσnzα/2,X+σnzα/2]

方差 σ2 未知

X1,X2,,Xn 是来自正态总体 N(μ,σ2) 的样本,σ2 未知,求 μ 的置信水平为 1α 的置信区间。 μ 的点估计为 X=1ni=1nXiσ2 的点估计为 S2=1n1i=1n(XiX)2,则

XμS/nt(n1)

P{tα/2(n1)XμS/ntα/2(n1)}=1α

P{XSntα/2(n1)μX+Sntα/2(n1)}=1α

因此,μ 的置信水平为 1α 的置信区间为

[XSntα/2(n1),X+Sntα/2(n1)]

单个正态总体方差的区间估计

均值 μ 未知

X1,X2,,Xn 是来自正态总体 N(μ,σ2) 的样本,μ 已知,求 σ2 的置信水平为 1α 的置信区间。 σ2 的点估计为 S2=1n1i=1n(XiX)2,则

(n1)S2σ2χ2(n1)

P{χα/22(n1)(n1)S2σ2χ1α/22(n1)}=1α

P{(n1)S2χ1α/22(n1)σ2(n1)S2χα/22(n1)}=1α

因此,σ2 的置信水平为 1α 的置信区间为

[(n1)S2χ1α/22(n1),(n1)S2χα/22(n1)]

σ 的置信水平为 1α 的置信区间为

[(n1)S2χ1α/22(n1),(n1)S2χα/22(n1)]

均值 μ 已知

仍然满足枢轴量的条件,但 μ 没有用到,造成了信息的损失。

1σ2i=1n(Xiμ)2χ2(n)

P{χα/22(n)1σ2i=1n(Xiμ)2χ1α/22(n)}=1α

P{1χ1α/22(n)i=1n(Xiμ)2σ21χα/22(n)i=1n(Xiμ)2}=1α

σ2 的置信水平为 1α 的置信区间为

[1χ1α/22(n)i=1n(Xiμ)2,1χα/22(n)i=1n(Xiμ)2]

两个正态总体均值之差的区间估计

X1,X2,,Xm 是来自正态总体 N(μ1,σ12) 的样本,Y1,Y2,,Yn 是来自正态总体 N(μ2,σ22) 的样本,σ12σ22 已知,求 μ1μ2 的置信水平为 1α 的置信区间。

方差 σ12σ22 已知

X=1mi=1mXiY=1ni=1nYi,则

XYN(μ1μ2,σ12m+σ22n)

P{zα/2XY(μ1μ2)σ12m+σ22nzα/2}=1α

μ1μ2 的置信水平为 1α 的置信区间为

[XYzα/2σ12m+σ22n,XY+zα/2σ12m+σ22n]

两个正态总体方差之比的区间估计

均值 μ1μ2 未知

F=S12/σ12S22/σ22F(m1,n1)

P{Fα/2(m1,n1)S12/σ12S22/σ22F1α/2(m1,n1)}=1α

P{S12S22Fα/2(m1,n1)σ12σ22S12S22F1α/2(m1,n1)}=1α

σ12σ22 的置信水平为 1α 的置信区间为

[S12S22Fα/2(m1,n1),S12S22F1α/2(m1,n1)]