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样本方差是怎么回事?

时间:2023-03-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:人们经常用样本方差来估计总体的方差,可是在实际应用时,你会发现统计工作者计算样本方差的公式是而不是,这是怎么回事呢?
无偏估计_统计中的智慧

由于

因此,从平均意义上来讲,s2的值恰好等于总体方差σ2的值,于是称s2是σ2的无偏估计.

所谓s2是σ2的无偏估计,其含义是,尽管s2的值会随样本值的改变而改变,但是s2的取值总是环绕在总体方差σ2的真值左右摆动.即用s2去估计σ2时虽然会产生偏差,其偏差时正时负,时大时小,但是多次使用后所有偏差之和的平均值为零,如图3.2(a)所示.

图3.2 无偏估计与有偏估计的含义

(×表示s2的值,·表示σ2的值)

样本方差s2的计算比较繁琐,因此人们设法加以改进.

设有样本A:x1,x2,x3,…,xn,经过平移后得到样本B:y1,y2,y3,…,yn,其中yi=xi+a,i=1,2,3,…,n,a为平移量.于是样本B的均值和方差分别是

这个结果说明,样本数据经过平移后其方差不发生改变.这是因为平移样本数据,虽然会使样本平均值发生改变,但是样本数据内部相互之间的相对距离不会改变,因此不会改变离差平方和及样本方差的值.利用这个结论,可以通过适当选择平移量使计算过程得到简化.

例2 设有样本A:94,95,98,99,106,108,计算样本方差.

解 将样本A中各个数据都减去100后得到

样本B:-6,-5,-2,-1,6,8.

很容易算出样本B的均值为=0,于是方差为

由于因此样本A的方差为33.2.

因为样本A经过平移后,所有的数字都变小了,所以给计算带来方便.

由于离差平方和Q可作如下变形:

因此,也可以利用公式(3.3)和(3.4)简化样本方差的计算.

方差在生产实践和经济生活等方面有广泛的应用.下面举一例说明方差在风险投资方面的应用.

例3 某公司有一笔资金,可以投入房地产和开饭店两个项目,其收益率都与市场状况密切相关.如果将未来市场划分为好、中、差3个等级,其发生的概率分别为0.3,0.6,0.1.经过市场调研,该公司认为购置房地产的年收益X(万元)和开饭店的年收益Y(万元)在好、中、差3个等级的分布分别如表3.2、表3.3所示.试问:该公司应将这笔资金投入哪个项目为好?

表3.2 购置房地产的年收益分布

表3.3 开饭店的年收益分布

解 所谓投入哪个项目为好,主要取决于哪个项目的年收益高.由于市场有风险,收益大小事先无法完全确定,因此应从平均收益和收益波动两个方面进行考虑.

先计算平均收益(数学期望):

E(X)=120×0.3+50×0.6-60×0.1=60(万元).

E(Y)=80×0.3+60×0.6-10×0.1=59(万元).

从平均收益考虑,投入房地产比较有利,可多收益1万元.

再来计算它们的方差:

σ2(X)=(120-60)2×0.3+(50-60)2×0.6+(-60-60)2×0.1

=2580,

σ2(Y)=(80-59)2×0.3+(60-59)2×0.6+(-10-59)2×0.1

=609.

标准差

标准差越大,收益的波动就越大,投资的风险也越大.投资房地产的风险比开饭店的风险要高出一倍,而平均收益则相差不大.为了多收益1万元,要冒很大的风险,实在不值得.明智的选择是,宁可收益略少一些,也要避开高风险.因此公司应将资金投入开饭店.

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