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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 的估计量, 的估计值。
    • 区间估计:构造两个统计量 ,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 为取自总体 的一个样本, 均未知。则: 是未知参数 的矩估计, 是未知参数 的矩估计。

的矩估计量,则 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 令期望等于均值,解方程得到

最大似然估计

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 的最大似然估计值,称相应的 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

  1. 写出联合密度函数
  2. 求对数
  3. 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

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,

的无偏估计:

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

  1. 确定常数 ,使得 都是 的无偏估计量
  2. 判断 哪个更有效

1.

2.

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

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 置信区间。

已求出 ,参考数据如下:


因此有 ,根据对称性即 ,代入得