7 参数估计
概念
- 参数:总体 的未知的数字特征,记为 ,可以是一个数,也可以是一个向量(若干个数)
- 参数空间: 的取值范围,记为
- 参数估计
- 点估计:构造统计量 来估计 。称 为 的估计量, 为 的估计值。
- 区间估计:构造两个统计量 和 ,用 来估计 的范围
点估计
矩估计法
核心:用样本矩代替总体矩。
记总体 阶原点矩 ,样本 阶原点矩 ,若未知参数 ,称估计量 为矩估计量。
定理 设 为取自总体 的一个样本,,, 与 均未知。则: 是未知参数 的矩估计, 是未知参数 的矩估计。
若 是 的矩估计量,则 为 的矩估计量。
TIP
思路:
- 用样本矩代替总体矩,尽量选择阶数低的
- 如果只有一个未知量,就令
- 如果有两个未知量,就再令
例 1
- 总体 ,, 未知。则
- 总体 ,, 未知。则
- 总体 ,, 未知。则
- 总体 ,, 未知。则
- 无法用于估计
- ,则 ,有
例 2
总体 ,, 均未知。
例 3
设总体 的密度函数为
其中 , 未知。 是取自这个总体的样本,球 的矩估计 ?
TIP
对于常见分布,直接按公式替换。
对于新分布,求期望(含未知参数
最大似然估计
设 为取自总体 的一个样本,总体 的密度函数为 ,其中 为未知参数, 为参数空间,称
为似然函数。若存在 ,使得
则称 为 的最大似然估计值,称相应的 为 的最大似然估计量。
求最大似然估计量的常用方法是通过取对数,将连乘转换为求和。即有最大似然方程:
TIP
- 写出联合密度函数
- 求对数
- 令未知参数偏导为 ,求解 ,估得
例 4
用最大似然估计 未知、 已知的正态分布总体抽样下 的估计值。
例 5
用最大似然估计 已知、 未知的正态分布总体抽样下 的估计值。
例 6
设总体 ,, 未知。求 的最大似然估计量 。
最大似然函数
考虑 时
无解。考虑回归定义:
注意到 时有 ,因此有
TIP
上例说明
- 不同估计手段得到的估计量不一定相同
- 对数解不了的情况下考虑回归定义(连乘
) 。
推广,若有多维参数,寻找 要求解似然方程组
估计的优良性标准
无偏性:,估计量的期望等于实际值(最重要)
- 渐近无偏:,称为渐近(无偏)估计
有效性:估计量的方差尽可能小
相合性:样本量趋于无穷时,估计量趋于实际值(了解即可)
可以证明:样本均值 、样本方差 是无偏估计量,但矩估计和最大似然估计给出的方差 不是无偏估计量,只是渐近无偏估计。
例 7
时,
是 的无偏估计:
而 只是渐近无偏估计,因为
例 8
设总体均值为 ,方差为 ,获得三个样本
- 确定常数 ,使得 和 都是 的无偏估计量
- 判断 和 哪个更有效
1.
2.
比 更有效。
区间估计
给定置信度 ,找一个区间 ,使得 。
默认取双尾,即 ,
TIP
- 选择统计量
- 找到区间使得
- 化简得到答案
如何选择估计量
| 估计问题 | 统计量 |
|---|---|
| 已知,估计 | |
| 未知,估计 | |
| 估计 |
有 就用含 的,没有就退而求其次用样本标准差 。估计 就只用 。
例 9
零件重量服从正态分布,取出 9 个零件质量如下,估计 和 的 置信区间。
已求出 ,,参考数据如下:
令
因此有 ,根据对称性即 ,代入得
令