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学生 t 分布


StudentsTDistribution

威廉·戈塞特于 1908 年发表的一种统计分布。他的雇主吉尼斯啤酒厂要求他使用笔名发表,因此他选择了“Student”。 给定 N 个独立测量值 x_i,令

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

其中 mu 是总体均值x^_ 是样本均值,s 是总体标准差(即样本方差)的估计量,定义为

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

学生 t-分布定义为随机变量 t 的分布,它(非常粗略地)是在不知道 sigma 的情况下我们能做的“最好”的。

具有 t 个自由度的学生 n 分布在 Wolfram 语言中实现为StudentTDistribution[n].

如果 sigma=st=z 并且分布变为正态分布。 随着 N 的增加,学生 t-分布接近正态分布

学生 t-分布可以通过使用以下公式转换 Student's z-分布来导出

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

然后定义

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

得到的概率和累积分布函数是

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)

自由度数,-infty<t<inftyGamma(z)伽玛函数B(a,b)贝塔函数_2F_1(a,b;c;z)超几何函数,I(z;a,b) 是由下式定义的正则化贝塔函数

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

学生 t-分布的均值方差偏度峰度超额

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

前几个 phi_n(t) 值的特征函数 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)第二类修正贝塞尔函数

下表给出了置信区间,即 x 的值,使得分布函数 分布函数 D_r(x) 等于各种概率,对于自由度数 r 的各种小值。 Beyer(1987 年,第 571 页)给出了 60%、70%、90%、95%、97.5%、99%、99.5% 和 99.95% 的置信区间,Goulden(1956 年)给出了 50%、90%、95%、98%、99% 和 99.9% 的置信区间。

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

具有相关矩阵 tr 个自由度的学生 m 分布的多元形式实现为MultivariateTDistribution[r, m] 在 Wolfram 语言包中MultivariateStatistics` .

所谓的 A(t|n) 分布对于测试两个观察到的分布是否具有相同的均值很有用。 A(t|n) 给出了对于具有 t自由度的某个统计量 n,两个观察到的均值之差纯粹是偶然机会小于观察值的概率

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

X 为均值为 0 且方差为 正态分布的随机变量,令 均值 sigma^2,令 Y^2/sigma^2 具有自由度为 卡方分布 n,并令 自由度 XY 独立。 然后

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

分布为自由度为 t 的学生 n 分布。


另请参阅

贝塞尔统计公式, 非中心学生 t 分布, 配对 t 检验, 学生 z 分布

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). 数学函数手册,包含公式、图表和数学表格,第 9 版。 New York: Dover, pp. 948-949, 1972.Beyer, W. H. CRC 标准数学表格,第 28 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 536 和 571, 1987.Fisher, R. A. "Student's 分布的应用。" Metron 5, 3-17, 1925.Fisher, R. A. "以 n-1 的幂展开 'Student's' 积分。" Metron 5, 22-32, 1925.Fisher, R. A. 研究工作者统计方法,第 10 版。 Edinburgh: Oliver and Boyd, 1948.Goulden, C. H. 统计分析方法,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. "不完全贝塔函数、学生分布、F 分布、累积二项分布。" §6.2 in FORTRAN 数值食谱:科学计算的艺术,第 2 版。 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 219-223, 1992.Shaw, W. "管理 'Student's' T 分布的新方法。" 提交给 J. Comput. Finance. http://www.mth.kcl.ac.uk/~shaww/web_page/papers/Tdistribution06.pdf.Spiegel, M. R. 概率与统计理论与问题。 New York: McGraw-Hill, pp. 116-117, 1992.Student. "均值的可能误差。" Biometrika 6, 1-25, 1908.

在 Wolfram|Alpha 上引用

学生 t 分布

引用为

Weisstein, Eric W. "学生 t 分布。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Studentst-Distribution.html

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