u檢驗粗淺理解


假設檢驗是以小概率事件,在一次實驗中是不可能發生為前提(事實上是有可能發生的,但不是這樣說的話,就落入一個圈,不能繼續玩了),來否認原假設。

u檢驗的定義:

已知從正態母體N(u,σ2)中抽得容量為n的子樣,求得子樣的均值x,而且假設母體的方差σ2  為已知值,那么可利用統計量

u = (x - μ) / (σ / √n)  ~  N(0,1)   

檢驗母體期望μ是否與某一常數相符進行檢驗。

(意思是說,我們假設的μ是母體均值,n是樣本數,構造了u,u服從正態分布,其均值為0,中誤差為1)


 

正態分布,可以網上查,就是對某個測量量,均值+誤差的概率情況。

(標准正態分布曲線,假設均值u等於0;如果不是標准正態分布曲線,那么u相當於向左向右偏)

例如:對一短距離,測量10000次,得到中誤差±σ10000 ,已經非常接近1σ 了。

而測了100次,可能得到的中誤差在±1σ到±2σ之間。

(所以有一種說法,就是如果做了大量測試,得到某個均值a,中誤差σ' (因為我們永遠不知道真正的σ,畢竟不能做無限次測試),假如另外再測一次,得到的值為b , 如果|b - a| > 2σ ,那么認為b是噪點,畢竟從正態分布來看,大於2σ的值概率已經小於5%了)


 那么,u分布到底是怎么回事呢?

(1) 假如已知母體方差σ ,意思應該是,已知一個儀器測量的方差 。 (儀器的方差,也是通過大量測試一個量,求方差得出來的,很接近真的σ)

(2) 子樣的均值x ,意思應該是,測了多次,例如:1.01,1.01,1.019,1.00,0.999,……,然后求出均值,假如為x,但是≠1

(3) 母體期望μ , 就是說我們假設的一個值。例如上面,樣本均值為x≠1,但是很接近1,那么可以假設μ = 1

(為什么不干脆說,母體期望μ 直接就等於x好了,干嘛多次一舉?因為任性…… 如果都這樣的話,就不需要搞u檢驗了,u檢驗沒意義,相當於主觀的100%認定μ=x,沒必要檢驗)


 u = (x - μ) / (σ / √n)

分母(σ / √n) , 就是根據誤差傳播定律,得到x的精度

 所以,u就是:假設值 - 樣本均值 : 樣本精度 


 那么,如何檢驗?

在假設檢驗前,還有有一個值,就是對:假設μ = 1的顯著水平,一般稱為a值進行評估。

如果我們堅信,母體均值μ 就是等於 1 , “堅信”這個東西,也是有值的;

“堅信”值95%,就是有5%懷疑 “μ 就是等於 1” 是錯的。

a的意思是,“懷疑”程度。

如果相信假設的μ就是母體均值 , 那么a設置小一點,例如:5%(0.05)、1%(0.01)


那么,u計算好,有a,就愉快的差表了。

查表,其實就是反算u' ,和u的關系。

看上面正態分布的圖:

假設a是5%,那么得到的u' = 0 + 1.96 , 那么如果  -u' < u < u' ,就說明了這個u在接受域內,假設成立。


 

應用:

例子一:測定高溫對距離測量的影響

1.  假如在高溫度T的時候,測n次距離樣本,得到了樣本均值x

2.  假如在常溫下,大量(比n大得多)測得距離均值為μ 

那么,可以做假設檢驗:

由於相信μ ,所以設置a = 0.001,表示對μ的懷疑度很低。

如果u超出了接受域,那么認為μ是錯的;但是,實際上μ又是對的,因為在條件很好且大量測得的情況下得到的。

所以,有一個結論,就是樣本均值x測得很不好,導致拒絕了母體均值為μ的假設。


 

例子二:測定粗差

1. 假設測了n(n很大)次距離,得到樣本均值x

2. 在和1的條件相同的情況下,測得另外一個距離值,測了m(m遠小於n)次,均值為μ

那么可以做假設檢驗:

由於不太相信μ ,設置a = 0.05,表示對μ的懷疑度高。

如果超出了接受域,那么認為μ是錯的,也就是m次的均值μ仍然存在粗差


 

更深入:

 u = (x - μ) / (σ / √n)

假設分母是vi = Bx - l,中,vi的精度 。 (可以先平差,求出x的精度,然后根據誤差傳播定律,得到v的精度)

由於v是觀測值改正數,其數學期望當然為0,因此μ=0;

如果對一個值,觀測了十分多次,那么其觀測值改正數當然要為0的了,因此可以將a設小點。

然后做檢驗。如果在接受域內,那么證明vi是對的;否則vi是錯的,有粗差

 


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