应用非参数统计-第4讲 概率分布和多元概率密度的非参数估计课件
非参数统计课件
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什么是假设 检验?
假设检验用来判断 一个统计假设在给 定数据下是否成立。
非参数假设 检验的基本 思想
非参数假设检验不
依赖于总体参数的
具体分布。
U检验
U检验是一种常见的 非参数假设检验方 法。
KolmogorovSmirnov检验
KolmogorovSmirnov检验用来检 验样本是否符合给 定分布。
什么是核密度估计?
核密度估计是一种估计概率密度函数
概率密度函数和密度函数的区
2
的非参数方法。
别
概率密度函数是连续随机变量的密度
函数,而密度函数是离散随机变量的
3
高斯核密度估计
密度函数。
高斯核密度估计使用高斯核函数来估
计概率密度函数。
交叉验证方法
4
交叉验证方法可以用来选择合适的核 函数带宽。
分析?
回归分析用来建立变量之间的依赖关系。
Nadaraya-Watson核回归
Nadaraya-Watson核回归通过核函数加权来 估计回归函数。
非参数回归分析的基本思想
非参数回归分析不需要对回归函数做具体的 形式假设。
局部加权回归
局部加权回归在核回归的基础上引入了距离 权重来进一步提高估计精度。
非参数统计ppt课件
# 非参数统计PPT课件 ## 简介 - 什么是非参数统计? - 非参数统计和参数统计的区别
统计分布
什么是统计分布?
统计分布描述随机变量的不确定性和可能性。
常见的统计分布
包括正态分布、二项分布、泊松分布等。
经验分布函数
经验分布函数用样本数据来近似未知总体分布函数。
核密度估计
1
总结
1
统计学非参数统计PPT课件
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dij
Ti ni
Tj nj
第17页/共28页
• 2、计算判断有无统计意义的临界值d0.05
• 自由度=n-k,d> d0.05差别有统计意义。查t值表时如有的自由度没有可 用内插法近似估计
n 1 H 1 1 2
• 3、列各
d t s 0.(0P2527)
组
平0均.0秩5间(的)两
第19页/共28页
第四节 等级分组资料的检验
• P228表17-10的资料,可用2检验,但只能说明:各组在疗效等级的构成上有无不同,而不能说明哪组 疗效较好,哪组较差
• 利用H检验中,相同等级可用平均秩 • 其检验步骤同H检验 • 若有显著性意义,再进行多重比较
第20页/共28页
第五节 随机区组设计 资料的检验
s2 1 (
n 1
Tij2
n(n 1)2 4
)
无相同数据时,
s2 n(n 1) /12
第15页/共28页
• 7)计算H值
无相同数据时,
H 12
Ti2 3(n 1)
n(n 1) ni
有相同数据时:
2
2
1 T n(n 1) • 8)判断结果:如果处理数3,ni5,则可查i附表17-3作判断。
• 计算时可进行连续性校正,但影响甚微,
第6页/共28页
第二节 成组资料的检验
• 一、两样本秩和检验(Wilcoxon, Mann and Whitney法) • rank sum test计算步骤:
• 1、将两组数据混合由小到大排列编秩,相同数据用平均秩 • 2、将小样本等级相加称为T • 3、计算T ': T '=n1(n1+n2+1)-T
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P p xdx p xV R
Pˆ k N
pˆ x k / N
V
对p(x) 在小区域内的平均值的估计
9
概率密度估计
当样本数量N固定时,体积V的大小对估计的 效果影响很大。
过大则平滑过多,不够精确; 过小则可能导致在此区域内无样本点,k=0。
此方法的有效性取决于样本数量的多少,以 及区域体积选择的合适。
11
概率密度估计
理论结果:
设有一系列包含x 的区域R1,R2,…,Rn,…,对 R1采用1个样本进行估计,对R2用2 个,…, Rn 包含kn个样本。Vn为Rn的体积。
pn
x
kn / N Vn
为p(x)的第n次估计
12
概率密度估计
如果要求 pn x 能够收敛到p(x),那么必须满足:
分布,而不必假设密度函数的形式已知。
2
主要内容
概率密度估计 Parzen窗估计 k-NN估计 最近邻分类器(NN) k-近邻分类器(k-NN)
3
概率密度估计
概率密度估计问题:
给定i.i.d.样本集: X x1, x2 , , xl
估计概率分布: p x
4
概率密度估计
10.0
h1 0.25
1.0
0.1
0.01
0.001 10.0
1.0
0.1
0.01
0.001 10.0
1.0
0.1
0.01
0.001 10.0
1.0
0.1
0.01
0.001 2 0 2
h1 1 2 0 2
h1 4 2 0 2 27
由图看出, PN(x)随N, h1的变化情况 ①当N=1时, PN(x)是一个以第一个样本为中心的正
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假设检验方法
总结词
假设检验方法用于检验一个关于总体 参数的假设是否成立。
详细描述
假设检验方法包括提出假设、构造检 验统计量、确定临界值和做出决策等 步骤。常见的假设检验方法有t检验、 卡方检验、F检验等,用于判断样本数 据是否支持假设。
关联性分析方法
总结词
关联性分析方法用于研究变量之间的相关性。
02
非参数统计方法
描述性统计方法
总结词
描述性统计方法用于收集、整理、描述数据,并从数据中提取有意义的信息。
详细描述
描述性统计方法包括数据的收集、整理、描述和可视化,例如均值、中位数、 众数、标准差等统计量,以及直方图、箱线图等图形化表示。这些方法可以帮 助我们了解数据的分布、中心趋势和离散程度。
非数统计与机器学习算法的结 合将有助于解决复杂的数据分析 问题。
02
与大数据技术的融 合
非参数统计将借助大数据技术处 理海量数据,挖掘数据背后的规 律和模式。
03
与社会科学研究的 互动
非参数统计方法将为社会科学研 究提供更有效的研究工具和方法 。
决策树分析方法
总结词
决策树分析方法是一种基于树形结构的非参 数统计学习方法。
详细描述
决策树分析方法通过递归地将数据集划分为 更小的子集,构建出一棵决策树。决策树的 每个节点表示一个特征属性上的判断条件, 每个分支代表一个可能的属性值,每个叶子 节点表示一个分类结果。决策树分析可以帮 助我们进行分类、预测和特征选择等任务。
非参数统计的发展趋势
多元化发展
非参数统计将不断拓展其应用领域,从传统的医学、生物 、经济领域向金融、环境、社会学等领域延伸。
01
算法优化
随着计算能力的提升,非参数统计的算 法将进一步优化,提高计算效率和准确 性。
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中心在原点的 单位超立方体
Parzen窗估计
落入以X为中心的立方体区域的样本数为:
x xi kn i 1 hn X处的密度估计为:
n
n k / n x x 1 1 n i ˆ p x n V n n V i 1 n h n
估计P(x|ω1)即PN(x) x6 0 1 2 x5 x3 x1 x2 3 4
1
x4 5 6
x
( u ) 解:选正态窗函数
12 exp( u ) 2 2
2
| x | | x | 1 1 x x i i ( ) ( u ) ( ) exp[ ] 2 2h h N N
P k 的期望值为: Ek N
对P的估计:
k ˆ P N
当 N 时, 估计是非 常精确的
概率密度估计
假设p(x)是连续的,且R足够小使得p(x)在R内几乎 没有变化。
令R是包含样本点x的一个区域,其体积为V,设有 N个训练样本,其中有k落在区域R中,则可对概率 密度作出一个估计: k ˆ P p x d x p x V P N R
可以验证: p ˆn x 0
ˆ x x1 d p
n
窗函数的要求
Parzen窗估计过程是一个内插过程,样本xi
距离x越近,对概率密度估计的贡献越大,越 远贡献越小。 只要满足如下条件,就可以作为窗函数:
u 0
u 1 u d
窗函数的形式
方窗函数
1 1, | u | (u ) 2 0.其他
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通过实际案例展示如何使用Python进行非 参数统计,包括分布拟合、假设检验和模 型选择等步骤。
SPSS实现
SPSS简介
SPSS(Statistical Package for the Social Sciences) 是一款流行的社会科学统计 软件。
操作界面
SPSS的非参数统计功能通常 在“分析”菜单下的“非参 数检验”选项中,用户可以 通过直观的界面进行操作。
聚类分析方法在数据挖掘、 市场细分等领域有广泛应用, 可以帮助我们发现数据的内 在结构和模式。
异常值检测方法
• 异常值检测方法用于识别和剔除数据中的异常值,提高数据分析的准确性和可靠性。
• 常见的异常值检测方法包括基于统计的方法、基于距离的方法、基于密度的方等。 • 基于统计的方法利用统计学原理,如z分数、IQR等,判断数据是否为异常值;基于距离的方法通过计算对象与其它对象的距离来判断是否为异常值;基于密度的方法则根据对象周围的密度变化来判断是否
解释性较差
相对于参数统计,非参数统计结果通 常较为抽象,难以直接解释其具体含 义。
假设检验能力较弱
非参数统计在假设检验方面的能力相 对较弱,对于确定性的结论和预测不 如参数统计准确。
如何克服非参数统计的局限性
01
02
03
04
利用高效计算方法
采用并行计算、分布式计算等 高效计算方法,提高非参数统
计的计算效率和准确性。
描述性统计方法在数据分析中起到基 础作用,为后续的统计推断提供数据 基础和初步分析结果。
假设检验方法
假设检验方法是一种统计推断 方法,通过提出假设并对其进
行检验,判断假设是否成立。
假设检验方法包括参数检验和 非参数检验,其中非参数检验 不依赖于总体分布的具体形式,
非参数统计概述课件
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对于小样本数据,非参数统计 方法可能无法提供稳定和可靠
的结果。
04
非参数统计与其他统计方 法的比较
与参数统计的比较
非参数统计
不依赖于特定的概率分布模型,灵活 性更强,能适应多种数据类型和分布 。
参数统计
基于特定的概率分布模型,需要对模 型假设进行验证,适用范围相对有限 。
与贝叶斯统计的比较
02
大数据为非参数统计提供了丰富 的数据资源和计算能力,有助于 发现更多隐藏在数据中的信息和 规律,推动非参数统计的发展。
非参数统计与其他学科的交叉研究
非参数统计与计算机科学、数学、物 理学、生物学等学科的交叉研究有助 于拓展非参数统计的应用领域和理论 框架。
不同学科的交叉融合可以促进非参数 统计的创新和发展,推动其在各个领 域的实际应用。
在秩次相关性检验中,变量值被转换为秩次,然后使用秩 次计算相关系数(如Spearman或Kendall秩次相关系数 )。这种方法适用于非正态分布的数据,且不受数据异常 值的影响。
分布拟合检验
分布拟合检验是一种非参数统计方法,用于检验数据是否符合特定的概率分布。
分布拟合检验通过比较数据的实际分布与理论分布的统计量(如Kolmogorov-Smirnov、 Anderson-Darling等),来评估数据是否符合特定的概率分布。这种方法在统计学中广泛应用于模 型的假设检验和数据的探索分析。
特点
灵活性、稳健性、无分布假设、 适用于多样本数据等。
与参数统计的区别
01
02而参数统计 则依赖于特定的分布假设 。
方法
非参数统计通常采用中位 数、四分位数等统计量, 而参数统计则采用平均数 、方差等统计量。
应用范围
非参数统计分析PPT课件
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思考的要点 什么是计数统计量; 什么是秩统计量,为什么要讨论秩; 为什么要讨论秩的分布、秩的期望和方差; 什么是符号秩和线性符号秩; 线性符号秩的期望和方差。
第7页/共61页
第一节 关于非参数统计
在参数统计学中,最基本的概念是总体、样本、随机 变量、概率分布、估计和假设检验等。其很大一部分内容是 建立在正态分布相关的理论基础之上的。总体的分布形式或 分布族往往是给定的或者是假定了的,所不知道的仅仅是一 些参数的值。于是,人们的任务就是对一些参数,比如均值 和方差(或标准差),进行点估计或区间估计,或者是对某 些参数值进行各种检验,比如检验正态分布的均值是否相等 或 等 于 零 等 等 . 最 常 见 的 检 验 为 对 正 态 总 体 的 t— 检 验 、 F—检验和最大似然比检验等。又比如,线性回归分析中, 需要估计回归系数j, j称为参数,所以线性回归分析应 该属于参数统计的范畴。
其一是样本容量不大; 其二是总体服从何种分布未知。下面我们来构造一 种检验的方法,看他们的资产负债有无显著性差异。
第11页/共61页
将两类企业的资产负债混合排序,并给出其序次, 这在统计中称为“秩”。在这张表中我们有两个可用的 信息。
负债率 55 59 61 64 64 65 70 73 75 76 77
第9页/共61页
在不知总体分布的情况下如何利用数据所包 含的信息呢?一组数据最基本的信息就是次序。如 果可以把数据按大小次序排队,每一个具体数目 都有它在整个数据中(从最小的数起)的位置或次 序,称为该数据的秩(rank)。数据有多少个观察值, 就有多少个秩。在一定的假定下,这些秩和秩的 统计量的分布是求得出来的,而且和原来的总体 分布无关。这样就可以进行所需要的统计推断。 注意:非参数统计的名字中的“非参数 (nonparametric)”意味着其方法不涉及描述总体 分布的有关数值参数(均值和方差等);它被称 为和分布无关(distribution—free),是因为其 推断方法和总体分布无关;不应理解为与所有分 布(例如有关秩的分布)无关。
非参数统计法PPT课件
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36.2
-12.8 -8
9
44.1
45.2
-1.1
-2
10
399.8 404.1 -4.3
-4
11
25.9
39.3
-13.4 -9.5
12
535.6 544.8 -9.2
-5
T- =5.8 T+-=8
•为什么要用 非参数检验?
SPSS
6
S tati sti c s
d
N
Valid
Missing
Sk ewness
参数统计——检验效率较高,但使用条件较严格. 非参数统计——由于对资料无特殊要求,因此适用
范围广,资料收集和分析比较简便。但统计效率 较低(β较大)。 选择: 首先考虑参数检验,当条件不符,才选择非参数 统计方法。
.
3
(四) 非参数统计适用情况
(1)偏态分布资料; (2)总体分布不明资料; (3)数据一端或两端有未确定值; (4)等级资料; (5)方差不齐资料。
.
8
结果判断:
(1)查表法:当n<25时,查T界值表(符号秩和检验 用),得:
T0.05,11= 10~56,( T0.01, 11 = 5~61) 若T+或T-:落在范围内,则P>0.05;
落在范围外, 则P<0.05;
等于界值, 则P=0.05。
.
9
(2)正态近似法: 若 n>25时, 可近似认为T分布逼近正态分布。
温州医学院环境与公共卫生学院温州医学院环境与公共卫生学院一非参数统计一非参数统计不依赖于总体分布形式不须考虑被研究对象为何不依赖于总体分布形式不须考虑被研究对象为何种分布及分布是否已知不是参数间的比较而是种分布及分布是否已知不是参数间的比较而是用于分布之间的比较
非参数统计课件 精华版
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非参数统计目录⏹第一章绪论⏹第二章S-Plus基础⏹第三章单一样本的推断问题⏹第四章两样本位置和尺度检验⏹第五章多总体的统计检验⏹第六章分类数据的关联分析⏹第七章秩相关分析和秩回归第一章绪论主要内容1. 统计的实践2. 非参数统计方法简介3. 参数统计过程与非参数统计的比较4. 非参数统计的历史5. 必要的准备知识1. 统计的实践我们周围的世界⏹符号和数据就是整个世界。
⏹数据繁衍,信息匮乏:观察数据激增,设计数据细分。
⏹数据的复杂性和不确定性的特点更为突出。
⏹数据分析方法和手段不足。
统计的方法论⏹就方法论而言,统计分析主要解决两方面的问题:–寻找数据内部差异中共同的特征。
–寻找数据之间本质的差异。
⏹统计分析的目标是从数据中发现比数据本身更为有用的知识2. 非参数统计方法简介参数方法⏹定义:样本被视为从分布族的某个参数族抽取出来的总体的代表,而未知的仅仅是总体分布具体的参数值,推断问题就转化为对分布族的若干个未知参数的估计问题,用样本对这些参数做出估计或者进行某种形式的假设检验,这类推断方法称为参数方法。
⏹比如:(1)研究保险公司的索赔请求数时,可能假定索赔请求数来自泊松分布P(a);(2)研究化肥对农作物产量的影响效果时,平均意义之下,每测量单元(可能是)产量服从正态分布N(a,b).一个典型的参数检验过程1. 总体参数Example: Population Mean2. 假定数据的形态为Whole Numbers or FractionsExample: Height in Inches (72, 60.5, 54.7) 3. 有很强的假定Example: 正态分布4. 例子: Z Test, t Test, 2Test一个例子:对两组学生进行语法测试,如何比较两组学生的成绩是否存在差异?RANK of SCORE25.020.015.010.05.00.0HistogramFor GROUP= Group1F r e q u e n c y6543210Std. Dev = 6.28 M ean = 13.0N = 12.00原始数据秩2530293424251332243032379.514.012.021.07.59.52.017.57.514.017.524.04433228473140303335182135282226.019.55.51.027.016.025.014.019.522.53.04.022.511.05.5RANK of SCORE25.020.015.010.05.00.0HistogramFor GROUP= Group2F r e q u e n c y6543210Std. Dev = 9.17 Mean = 14.8N = 15.00非参数检验过程⏹1.不涉及总体的分布–Example: Probability Distributions, Independence⏹2. 数据的形态各异–定量数据–定序数据–Example: Good-Better-Best–名义数据–Example: Male-Female⏹3.例子: Wilcoxon Rank Sum Test/Run TestF, F, F, F, F, F, F, F, M, M, M, M, M, M, MF, M, F, M, F, M, F, M, F, M, F, M, F, M, F3. 参数统计与非参数统计比较非参数检验的优点⏹对总体假定较少,有广泛的适用性,结果稳定性较好。
《非参数统计》课件
![《非参数统计》课件](https://img.taocdn.com/s3/m/ad0f63ae0875f46527d3240c844769eae009a38d.png)
核密度估计
详细讲解核密度估计方法, 可用于估计未知分布函数 的概率密度函数。
K近邻算法
介绍K近邻算法在非参数统 计中的应用,用于分类和 估计未知函数。
常用方法本 的中位数差异,对于不 符合正态分布的数据非 常有用。
Kruskal-Wallis检验
一种非参数方法,用于 比较多个独立样本的总 体分布,可以替代方差 分析。
介绍常用于非参数统计的软件和工具,帮助读者选择适合自己的数据分析工具。
3 Q&A
解答读者在非参数统计方面的疑问和问题,提供进一步的讨论和交流。
总结
1 非参数统计的优势和劣势总结
总结非参数统计方法和传统参数统计方法的优势和劣势,帮助选择合适的分析方法。
2 非参数统计的前景和未来发展方向
讨论非参数统计的前景和未来的发展方向,以及可能的研究方向。
附录
1 参考文献
提供相关参考文献,方便读者进一步学习非参数统计的理论和应用。
2 常用软件和工具介绍
Mann-Whitney U检 验
非参数的秩和检验方法, 用于比较两个独立样本 的总体分布。
实例应用
医疗领域的应用
展示非参数统计在医疗研究 中的应用,如临床试验和数 据分析。
社会调查中的应用
探讨非参数统计在社会调查 和民意调查中的应用,如对 人口统计数据的分析。
金融风险评估中的应用
介绍非参数统计在金融领域 中的应用,如风险评估和市 场预测。
《非参数统计》PPT课件
非参数统计是一门关于数据分析的重要领域,本课件将介绍非参数统计的基 本原理、常用方法和实例应用,以及其在医疗、社会调查和金融方面的应用。
简介
非参数统计是一种不基于总体概率分布的统计方法,适用于各种数据类型,具有广泛的应用场景 和灵活性。
非参数统计分析教学课件
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Python
介绍
Python是一种通用编程语 言,因其易读性和易用性 而被广泛用于数据分析和 科学计算。
特点
Python拥有强大的科学计 算库,如NumPy、 Pandas和SciPy等,可进 行数据清洗、统分析等 多种任务。
教程资源
Python的在线教程和书籍 资源丰富,同时还有大量 的科学计算社区和论坛可 供交流。
数据流处理
数据流处理技术可以实时处理大规模数据,为非参数统计分析提供 新的可能性。
云计算
云计算平台可以提供弹性可扩展的计算资源,方便非参数统计分析 的进行。
THANKS
感谢观看
洗和校验。
高维数据的非参数统计分析挑战
维度诅咒
高维数据可能导致传统的非参数统计分析方法失 效,需要开发新的方法。
数据稀疏性
高维数据可能导致数据稀疏,使得统计分析结果 不稳定。
特征选择
高维数据需要进行特征选择,以减少噪声和冗余 ,提高分析效率。
大数据处理技术在非参数统计分析中的应用前景
并行计算
利用并行计算技术可以提高非参数统计分析的效率和准确性。
应用场景与优势
应用场景
适用于数据类型复杂、分布不明确或 数据量较小的情况;例如,生物医学 研究、金融数据分析、社会学调查等 领域。
优势
能够更好地揭示数据的内在结构和关 系;对数据的假设较少,避免过度拟 合和误判;同时具有较高的灵活性和 普适性,能够适用于多种场景。
02
CATALOGUE
非参数统计方法
聚类分析
01
聚类分析是一种非参数统计方法 ,用于将相似的对象归为同一类 ,将不相似的对象归为不同类。
02
聚类分析通过计算对象之间的距 离或相似性来将它们分组,常见 的聚类分析方法有层次聚类、K均 值聚类和DBSCAN聚类等。
课件-数理统计与多元统计 第四章 非参数统计 4.1非参数统计推断模型
![课件-数理统计与多元统计 第四章 非参数统计 4.1非参数统计推断模型](https://img.taocdn.com/s3/m/9daf0ff61eb91a37f0115c82.png)
30
1)利用样本均值差估计位置差
利用样本均值差估计,如果X,Y的期望均
存在,则 ˆ1 Y X E(Y ) E( X )
即为的无偏估计,故而自然用作为的
点估计。 这里没有要求X,Y的分布函数是对称的。 故此估计使用范围较宽,但易受少数异常 值的影响。
31
2)利用中位数之差估计位置差 因为样本均值易受异常值影响,而样本
1 n
n i 1
(Xi
X )2
的估计值常常也不能对总体取值的离散度 作出一个直观的说明,在非参数统计中常 用极差来说明总体取值的离散度:
24
2 对称中心的估计 一般地,设F(x)为关于原点对称的分布
函数,则记F(x)为关于参数 对称的分布 函数,称为F的对称中心。 对称性:一般地,设F(x)为以 对称中心
函数,则有
F( x) 1 F(2 x), F( x ) 1 F( x) f (2 x) f ( x)
25
1)利用样本均值估计对称中心
样本均值与样本方差是非参数统计常 用统计量。
3
一 次序统计量及其分布 二 秩统计量及其分布
4
一 次序统计量及其分布
1 .次序统计量的定义
定义4.2.1 设有总体X 的一个容量为n 的样 本X1,X2,…,Xn,若把X1,X2,…,Xn
按从小到大的次序排序为
X(1)≤X(2)≤…≤X(n) 则称X1,X2,…,Xn 为原样本X1,X2,…, Xn的次序统计量。其中X(i)(1≤i≤n)称为第 i
①平均法确定“结”秩:
定义4.2.6 如果(m≤n,i1<i2<…<im)为 X1,X2,…,Xn 的结,结长为m,若在次序统 计量中位置为第k个,则其余的为第k + 1,…, k + m 1个次序统计量,此时按平均法定义它 们的秩相等,称之为结的秩,由下式计算:
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The mean squared error (MSE):
2 ˆ ˆ ˆ MSE{f h (x)} = Var{fh (x)} + [Bias{fh (x)}] 4 1 h = K 2 [f (x)]2 [µ2 (K )]2 2 f (x) + nh 4 1 + o(h4 ) + o . nh as h → 0, nh → ∞.
Kernel density estimation
Chapter 4: Nonparametric density estimation Baisen Liu Contents Histogram Smoother univariate density estimation The choice of smoothing parameter The constructing the confidence intervals Univariate cumulative distribution function ess)ds and K
2 2
=
K 2 (s)ds.
The optimal local bandwidth hopt (x): ˆ hopt (x) = arg min MSE{f h (x)}.
The statistical properties
Chapter 4: Nonparametric density estimation Baisen Liu Contents Histogram Smoother univariate density estimation The choice of smoothing parameter The constructing the confidence intervals Univariate cumulative distribution function estimation
Chapter 4: Nonparametric density estimation
Baisen Liu School of Statistics, Dongbei University of Finance & Economics September 23, 2014
Contents
Chapter 4: Nonparametric density estimation Baisen Liu Contents Histogram Smoother univariate density estimation The choice of smoothing parameter The constructing the confidence intervals Univariate cumulative distribution function estimation
The mean integrated squared error (MISE): ˆ MISE(f h) = = ˆ MSE{f h (x)}dx h4 1 K 2 + [µ2 (K )]2 f (x) 2 nh 4 1 +o + o(h4 ), nh as h → 0, nh → ∞.
2 2
where f (x)
The definition of the density f (x):
f (x) ≡ d F (x + h) − F (x − h) F (x) ≡ limh→0 . dx 2h
The histogram estimate of f (x): ˆ(x) = #{xi ∈ (x − h, x + h]} . f 2nh The kernel density estimator of f (x): ˆ(x) = 1 f nh where K (u) =
i=1
1 K (·/h). h K (·) is called kernel function, and h is call bandwith. Kh (·) =
The construction of kernel density estimate
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L: Kernel functions
Kernel Uniform Triangle Epanechnikov Quartic(Biweight) Triweight Gaussian Cosine
π 4
K (u)
1 2 I (|u|
≤ 1)
(1 − |u|)I (|u| ≤ 1)
3 4 (1 15 16 (1 35 32 (1
The statistical properties
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Bias: ˆ Bias{f h (x)} = =
h→0
ˆ E{f h (x) − f (x)}
1 n n
E{Kh (x − Xi )} − f (x) f (x) s2 K (s)ds + o(h2 ).
=
i=1 h2
2
Variance: ˆ Var{f h (x)} = =
nh→∞
Var
=
1 n Var{Kh (x − Xi )} n2 i=1 1 1 f (x) K 2 (s)ds + o nh nh
Let X1 , ..., Xn be a random sample from a population X with density f (x). The kernel density estimator of f (x) is: 1 ˆ f h (x) = n where
n
Kh (x − Xi ),
2
3
4
5
6
Histogram
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1 n Kh (x − Xi ) n i=1
.
The statistical properties
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The definition of the density f (x): F (x + h) − F (x) d F (x) ≡ limh→0 . dx h The empirical distribution: f (x) ≡ ˆ (x) = #{xi ≤ x} . F n The histogram estimate of f (x): ˆ(x) = (#{xi ≤ bj +1 } − #{xi ≤ bj })/n , x ∈ (bj , bj +1 ], f h where h = bj +1 − bj is called binwidth.
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n
K
i=1
x − xi h
,
1 2,
0
if − 1 < u ≤ 1, otherwise.
is called the uniform kernel function.
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