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区间估计

2025-06-06

区间估计的评价标准 ​

置信度(可信度)1−00α
区间估计 (T1,00T2) 覆盖未知参数 θ 的概率 1−00α=00P(T1<θ<T2)。
精确度 β
区间估计 (T1,00T2) 的平均长度 β=00E(T2−00T1)。

置信区间 ​

双侧置信区间(置信区间)(T1,00T2)

对未知参数 θ 满足 P(T1<θ<T2)=001−00α 的区间,即置信度为 1−00α 的区间。

置信下限 T1

置信上限 T2

最优双侧置信区间(最优置信区间,置信区间) (T1,00T2)
满足 E(T2−00T1) 尽量小的双侧置信区间。
单侧置信区间 (T1,00+00∞),00(−∞,00T2)

对未知参数 θ 满足 P(T1<θ)=001−00α 或 P(T2>θ)=001−00α 的区间。

单侧置信下限 T1

单侧置信上限 T2

单侧下限置信区间 (T1,00+00∞)

单侧上限置信区间 (−∞,00T2)

枢轴量法 ​

枢轴量
含未知参数但分布与其无关的统计量。

枢轴量法构造置信度为 1−00α 的置信区间 (T1,00T2) 的一般步骤如下:

  1. 构造枢轴量 T(X1,00X2,00⋯,00Xn;θ) 满足
  2. 根据 T 的已知分布,写出其高概率区间P(a≤T(X;θ)≤b)=1−α
  3. 将不等式 a≤T(X;θ)≤b 变形为 T1<θ<T2,得到置信区间 (T1,00T2)。

正态总体参数的置信区间 ​

设总体 X∼N(μ,00σ2) 有样本 {X1,X2,⋯,Xn},存在样本均值 X¯ 和样本方差 S2。此处假设 σ2 已知,需要进行估计的未知参数为 θ=00(μ)。

  1. 从样本均值 X¯ 出发,构造枢轴量 T。

    根据正态总体的抽样分布:单总体情形有

    X¯∼N(μ,σ2n)T=X¯−μσ/n∼N(0,1)
  2. 对给定的置信度 1−00α,其高概率区间为

    P(−uα/2≤T≤uα/2)=1−α

    um 满足 P(T>um)=00m。

  3. 对不等式 −uα/2≤T≤uα/2 进行变形:

    −uα/2≤X¯−μσ/n≤uα/2⇔−uα/2σn≤X¯−μ≤uα/2σn⇔−X¯−uα/2σn≤−μ≤−X¯+uα/2σn⇔X¯−uα/2σn≤μ≤X¯+uα/2σn

    得到 μ 的双侧置信区间为

    (X¯−uα/2σn,X¯+uα/2σn)
未知参数总体条件枢轴量置信下限置信上限
μσ2 已知X¯−μσ/n∼N(0,001)X¯−00uα/200σnX¯+00uα/200σn
μσ2 未知X¯−μS/n∼t(n−001)X¯−00tα/2(n−001)00SnX¯+00tα/2(n−001)00Sn
σ2μ 已知∑i=1n(Xi−μσ)2∼χ2(n)∑i=1n(Xi−μ)2χα/22(n)∑i=1n(Xi−μ)2χ1−α/22(n)
σ2μ 未知(n−1)S2σ2∼χ2(n−001)(n−1)S2χα/22(n−1)(n−1)S2χ1−α/22(n−1)