2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


В раздел Пургаторий будут перемещены спорные темы (преимущественно псевдонаучного характера), относительно которых администрация приняла решение о нецелесообразности продолжения дискуссии.
Причинами такого решения могут быть, в частности: безграмотность, бессодержательность или псевдонаучный характер темы, нарушение автором принципов ведения дискуссии, принятых на форуме.
Права на добавление сообщений имеют только Модераторы и Заслуженные участники форума.



Начать новую тему Ответить на тему
 
 Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение08.02.2011, 10:31 


29/07/08
536
Дисперсия – это мера измерения отклонения случайных величин от среднего. Вычисляется она по формуле
$$D=\frac{\sum_{i=1}^n(x_i-x_{cp})^2}n$$ как средняя сумма квадратов таких отклонений.
Корень из дисперсии $\sigma=\sqrt{D}$ определяет доверительный интервал для математического ожидания $(x_{cp}-\sigma;x_{cp}+\sigma)$.
На мой взгляд, при таком подходе завышаются границы доверительного интервала.
Если сумму квадратов, по которой вычисляем дисперсию, разбить на две суммы,
одна $$D_{-}=\frac{\sum_{i=1}^k(x_i-x_{cp})^2}k$$для левого интервала,
вторая $$D_{+}=\frac{\sum_{i=1}^{n-k}(x_i-x_{cp})^2}{n-k}$$ для правого, то интервалы отклонений от среднего значения $(x_{cp}-\sigma_{-};x_{cp}+\sigma_{+})$ существенно уменьшаются, где $\sigma_{-}=\sqrt{D_{-}}$, $\sigma{+}=\sqrt{D_{+}}$.
Уважаемы софорумники, подскажите, известно что-нибудь по этому вопросу. Мои математические вычисления подтверждают изложенный вывод.

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение08.02.2011, 22:42 
Заслуженный участник


12/07/07
4522
 i  Тема перемещена из раздела «Дт. (М)» в Карантин.
Побережный Александр, пожалуйста, посмотрите учебник по математической статистике (например, Ивченко Г. И., Медведев Ю. И. Математическая статистика. djvu) и сформулируйте точно: что Вы строите, приведите Ваши «математические вычисления». После редактирования напишите заявку на возвращение в теме Сообщение в карантине исправлено.

(Уважаемые модераторы, если будете возвращать тему, удалите, пожалуйста, это моё сообщение.)

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение14.02.2011, 12:31 
Супермодератор
Аватара пользователя


29/07/05
8248
Москва
 i  Сообщение возвращено в раздел "Помогите решить/разбраться (М)". Сообщение GAA оставляю, поскольку оно по существу дела


-- Пн фев 14, 2011 13:37:53 --

Побережный Александр
Было бы совсем нелишним, если бы Вы последовали данному Вам совету, и сперва изучили бы вопрос. Начнем с того, что строить какие-либо доверительные интервалы без задания вероятностной модели некорректно, а никакой модели Вы не описали и явно даже и не собирались.

Рассмотрим, например, простейшую нормальную модель с неизвестными средним и дисперсией. В этом случае перед $\sigma$, во-первых, должен стоять числовой коэффициент, определяющий уровень значимости. В указанной модели это будет соответствующая квантиль распределения Стьюдента. А во-вторых, что значительно более важно, сигма еще и должна быть разделена на корень из количества элементов в выборке, чего у Вас нет и близко. Это выражает тот принципиальный момент, что с увеличением объема выборки точность оценки повышается (ширина интервала становится меньше). А у Вас зависимости ширины интервала от числа элементов выборки нет вообще, что делает его совершенно бессмысленным.

Разбирайтесь.

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение15.02.2011, 10:41 


29/07/08
536
Уважаемый PAV, спасибо за возврат темы на форум. С вашими замечаниями я полностью согласен! Конечно, в интервале будет присутствовать квантиль распределения Стьюдента. Я его и не отменял вовсе. Единственное, что я пытался обосновать, это оценка для $\sigma$. Хочу привести полностью мои рассуждения.
$$D=\frac1n\sum_{i=1}^n(x_i-x_{cp})^2=\frac1n(\sum_{i=1}^k(x_i-x_{cp})^2+\sum_{i=k+1}^{n}(x_i-x_{cp})^2)=\frac{k}n(\frac1k(\sum_{i=1}^k(x_i-x_{cp})^2)+\frac{n-k}n(\frac1{n-k}(\sum_{i=k+1}^{n}(x_i-x_{cp})^2)=\frac{k}nD_-+\frac{n-k}nD_+$$
Считаем, что $\sigma=\sqrt{D}$, $\sigma_-=\sqrt{D_-}$, $\sigma_+=\sqrt{D_+}$. Теперь сделаем оценки для сигма $\sigma$.
$\sigma=\sqrt{D}=\sqrt{\frac{k}nD_-+\frac{n-k}nD_+}<\sqrt{\frac{k}nD_-}+\sqrt{\frac{n-k}nD_+}=\sqrt{\frac{k}n}\sigma_- +\sqrt{\frac{n-k}n}\sigma_+\le\sqrt2\sqrt{\frac{k}nD_-+\frac{n-k}nD_+}=\sqrt2\sqrt{D}=\sqrt2\sigma<2\sigma$
Как вы видите, основное неравенство $\sqrt{\frac{k}n}\sigma_- +\sqrt{\frac{n-k}n}\sigma_+\le\sqrt2\sigma<2\sigma$.
Следовательно, можно утверждать, что доверительный интервал для средней величины выглядит так:
$(x_{cp}-\sqrt{\frac{k}n}\sigma_-;x_{cp}+\sqrt{\frac{n-k}n}\sigma_+)$
Соответственно, я сделал вывод, что классический доверительный интервал дает завышенные значения.
Естественно, в формуле будет присутствовать квантиль распределения Стьюдента. Его применение осталось обычным. Здесь я его не написал для простоты восприятия.

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение15.02.2011, 10:52 
Супермодератор
Аватара пользователя


29/07/05
8248
Москва
Вторая сумма во всех выкладках должна выглядеть так:
$$\sum_{i=k+1}^n$$
иначе банально неверно получается, исправьте пока в течении часа можете еще редактировать свой пост

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение15.02.2011, 10:58 


29/07/08
536
Исправил. Спасибо.

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение15.02.2011, 11:09 
Супермодератор
Аватара пользователя


29/07/05
8248
Москва
А по сути я еще раз говорю - Вы упускаете важнейший момент, а именно - что сигма в доверительном интервале должна быть еще разделена на корень из количества элементов выборки. Вы пытаетесь перейти к двум другим сигмам, полученным по выборкам меньшего объема, и тогда этот корень будет меньше, что в итоге приведет к худшему интервалу, более широкому.

В любом случае,
Побережный Александр в сообщении #413184 писал(а):
Следовательно, можно утверждать, что доверительный интервал для средней величины выглядит так:

это не доказано. Проведите аккуратное доказательство, аналогичное тому, как доказывается классический доверительный интервал, и тогда можно будет на что-то поглядеть.

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение20.02.2011, 09:39 


29/07/08
536
Уважаемый PAV, я пытался найти обоснование появления $\sigma$, но во всех найденных мной источниках сигма вводится по определению $\sigma^2=D$ без всякого обоснования. Ее еще называют среднеквадратичным отклонением от средней величины. Но по изложенным выше рассуждениям, такое среднеквадратичное отклонение имеет завышенную величину. Разве не логично пользоваться более точными значениями?

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение20.02.2011, 10:58 
Супермодератор
Аватара пользователя


29/07/05
8248
Москва
Еще раз повторяю: разберитесь в предмете, о котором пытаетесь судить. Пока что Вы пишете полный бред. Речь не о дисперсии как таковой, а о доверительном интервале для математического ожидания. Возьмите правильную формулу, разберитесь в том, как она доказывается, и затем уже пытайтесь провести доказательство для своего "улучшения".

 Профиль  
                  
 
 Re: Дисперсия и доверительный интервал
Сообщение20.02.2011, 15:07 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


11/03/08
9904
Москва
0. Это "псевдорешение" неверно понятой проблемы. Повышение точности оценок, а если точность меряется дисперсией оценки - то снижение дисперсии, является важной практической проблемой. Но решается она использованием более точных инструментов, повторением и усреднением измерений, а никак не измышлением новых оценок для дисперсии, единственное достоинство которых в том, что они меньше традиционных. Уподоблю придумывание таких оценок расфасовке гречки в пакеты, внешне похожие на прежние, но отчётливо меньше, чтобы потом заявлять - "А в моём магазине покупать дешевле!", при том, что плата за то же количество скорее выросла.

1. Откуда у Вас взялось "сокращение"? Дело в том, что, как и Вы сами видите, традиционная оценка дисперсии может вычисляться, как сумма оценок, полученных по частям выборки, если брать их с весами, пропорциональными объёму подвыборок. Вы же взамен этого желаете брать равные веса, что, при разном количестве элементов в "большей" и "меньшей" подвыборках, означает, что "меньшую" по объёму Вы берёте с бОльшим весом, чем при обычном расчёте. Это и обуславливает "выигрыш".

2. Оставляя в стороне вопрос о том, что Вы, собственно, говоря о доверительном интервале, его не вычисляете, а лишь полуфабрикат для его получения, дисперсию, замечу, что требование малости дисперсии предъявляется никак не к способу её вычисления, иначе лучшей ея оценкой был бы тождественный ноль. От оценок дисперсии требуют близости их к истинному значению, и выбирая разные смыслы понятия "близко к истинному", получаем разные оценки. Так, потребовав того, чтобы матожидание оценки было бы равно истинному значению, приходим к "несмещённым оценкам", и к делителю в формуле дисперсии (n-1). Полученная же Вами оценка от истинного значения отдаляется.

3. Расчёт мер разброса только по отклонениям от среднего одного знака, впрочем, некоторое практическое применение находит. Такой способ употребляется иногда в расчётах финансовых рисков, когда расчёт дисперсии проводится лишь по убыточным сделкам. Однако тут речь не о повышении точности сужением интервала, а о том, что, не зная достоверно закона распределения финансовых результатов, но подозревая, что он ненормален, и даже асимметричен, рассчитывают разброс лишь в "более опасной" части, игнорируя прибыльную

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 10 ] 

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group