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學生 t 分佈


StudentsTDistribution

威廉·戈塞特於 1908 年發表的一種統計分佈。他的僱主吉尼斯啤酒廠要求他使用筆名發表,因此他選擇了“Student”。 給定 N 個獨立測量值 x_i,令

 t=(x^_-mu)/(s/sqrt(N)),
(1)

其中 mu 是總體均值x^_ 是樣本均值,s 是總體標準差(即樣本方差)的估計量,定義為

 s^2=1/(N-1)sum_(i=1)^N(x_i-x^_)^2.
(2)

學生 t-分佈定義為隨機變數 t 的分佈,它(非常粗略地)是在不知道 sigma 的情況下我們能做的“最好”的。

具有 t 個自由度的學生 n 分佈在 Wolfram 語言中實現為StudentTDistribution[n].

如果 sigma=st=z 並且分佈變為正態分佈。 隨著 N 的增加,學生 t-分佈接近正態分佈

學生 t-分佈可以透過使用以下公式轉換 Student's z-分佈來匯出

 z=(x^_-mu)/s,
(3)

然後定義

 t=zsqrt(n-1).
(4)

得到的機率和累積分佈函式是

f_r(t)=(Gamma[1/2(r+1)])/(sqrt(rpi)Gamma(1/2r)(1+(t^2)/r)^((r+1)/2))
(5)
=((r/(r+t^2))^((1+r)/2))/(sqrt(r)B(1/2r,1/2))
(6)
F_r(t)=1/2+1/2[I(1;1/2r,1/2)-I(r/(r+t^2),1/2r,1/2)]sgn(t)
(7)
=1/2-(itB(-(t^2)/r;1/2,1/2(1-r))Gamma(1/2(r+1)))/(2sqrt(pi)|t|Gamma(1/2r))
(8)
=1/2+(tGamma(1/2(r+1))_2F_1(1/2,1/2(r+1);3/2;-(t^2)/r))/(sqrt(pir)Gamma(1/2r)),
(9)

其中

 r=n-1
(10)

自由度數,-infty<t<inftyGamma(z)伽瑪函式B(a,b)貝塔函式_2F_1(a,b;c;z)超幾何函式,I(z;a,b) 是由下式定義的正則化貝塔函式

 I(z;a,b)=(B(z;a,b))/(B(a,b)).
(11)

學生 t-分佈的均值方差偏度峰度超額

mu=0
(12)
sigma^2=r/(r-2)
(13)
gamma_1=0
(14)
gamma_2=6/(r-4).
(15)
StudentsTCharacteristics

前幾個 phi_n(t) 值的特徵函式 n

phi_1(t)=e^(-|t|)
(16)
phi_2(t)=sqrt(2)|t|K_1(sqrt(2)|t|)
(17)
phi_3(t)=e^(-sqrt(3)|t|)(1+sqrt(3)|t|)
(18)
phi_4(t)=2t^2K_2(2|t|)
(19)
phi_5(t)=1/3e^(-sqrt(5)|t|)(3+3sqrt(5)|t|+5t^2),
(20)

等等,其中 K_n(x)第二類修正貝塞爾函式

下表給出了置信區間,即 x 的值,使得分佈函式 分佈函式 D_r(x) 等於各種機率,對於自由度數 r 的各種小值。 Beyer(1987 年,第 571 頁)給出了 60%、70%、90%、95%、97.5%、99%、99.5% 和 99.95% 的置信區間,Goulden(1956 年)給出了 50%、90%、95%、98%、99% 和 99.9% 的置信區間。

r90%95%97.5%99.5%
13.077686.3137512.706263.6567
21.885622.919994.302659.92484
31.637742.353363.182455.84091
41.533212.131852.776454.60409
51.475882.015052.570584.03214
101.372181.812462.228143.16927
301.310421.697262.042272.75000
1001.290071.660231.983972.62589
infty1.281561.644871.959992.57588

具有相關矩陣 tr 個自由度的學生 m 分佈的多元形式實現為MultivariateTDistribution[r, m] 在 Wolfram 語言包中MultivariateStatistics` .

所謂的 A(t|n) 分佈對於測試兩個觀察到的分佈是否具有相同的均值很有用。 A(t|n) 給出了對於具有 t自由度的某個統計量 n,兩個觀察到的均值之差純粹是偶然機會小於觀察值的機率

 A(t|n)=1/(sqrt(n)B(1/2,1/2n))int_(-t)^t(1+(x^2)/n)^(-(1+n)/2)dx.
(21)

X 為均值為 0 且方差為 正態分佈的隨機變數,令 均值 sigma^2,令 Y^2/sigma^2 具有自由度為 卡方分佈 n,並令 自由度 XY 獨立。 然後

 t=(Xsqrt(n))/Y
(22)

分佈為自由度為 t 的學生 n 分佈。


另請參閱

貝塞爾統計公式, 非中心學生 t 分佈, 配對 t 檢驗, 學生 z 分佈

使用 探索

參考文獻

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). 數學函式手冊,包含公式、圖表和數學表格,第 9 版。 New York: Dover, pp. 948-949, 1972.Beyer, W. H. CRC 標準數學表格,第 28 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 536 和 571, 1987.Fisher, R. A. "Student's 分佈的應用。" Metron 5, 3-17, 1925.Fisher, R. A. "以 n-1 的冪展開 'Student's' 積分。" Metron 5, 22-32, 1925.Fisher, R. A. 研究工作者統計方法,第 10 版。 Edinburgh: Oliver and Boyd, 1948.Goulden, C. H. 統計分析方法,第 2 版。 中的表 A-3。 New York: Wiley, p. 443, 1956.Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "不完全貝塔函式、學生分佈、F 分佈、累積二項分佈。" §6.2 in FORTRAN 數值食譜:科學計算的藝術,第 2 版。 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 219-223, 1992.Shaw, W. "管理 'Student's' T 分佈的新方法。" 提交給 J. Comput. Finance. http://www.mth.kcl.ac.uk/~shaww/web_page/papers/Tdistribution06.pdf.Spiegel, M. R. 機率與統計理論與問題。 New York: McGraw-Hill, pp. 116-117, 1992.Student. "均值的可能誤差。" Biometrika 6, 1-25, 1908.

在 上引用

學生 t 分佈

引用為

Weisstein, Eric W. "學生 t 分佈。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Studentst-Distribution.html

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