6.4充分统计量

充分统计量的证明方法及几个重要定理刘冬喜(湖南娄底职业技术学院计算机系湖南娄底417000）摘要:本文讨论了充分统计量的充分性,给出了统计量的充分性的两种主要证明方法,介绍了几个重要的定理,它们可以用来间接地证明统计量的充分性.关键词:统计量;充分统计量;因子分解定理;统计结构;Fisher信息Proof method of Sufficient statistic and several important theoremsLiu Dong-xi（Loudi Vocational and Technical College，Loudi Hunan 417000）Abstract:In this paper，we discuss the sufficient statistic sufficiency and the two main proof methods to statistic sufficiency. Several important theorems are introduced and they may be used to prove the sufficiency of statistic indirectlyKey words:Statistic, sufficient statistic, factoring theorem, statistical structure, Fisher information一、统计量与充分统计量统计量是样本的函数，定义在可测空间(X, ,B)上的统计量T=T(x),实际上是对样本X=(X1,…,Xn)进行某种加工和提炼的结果，把样本中所含的总体的相关信息集中起来，针对不同问题构造出样本的适当函数，这种加工从本质上体现了统计量压缩数据的功能.从直观上看，样本的不同的观察值，统计量T可能有相同的值，如：样本均值和样本方差不会随样本观察的排列顺序的改变而改变，这体现了统计量的“压缩数据”的功能.从理论上看，若T是在（T,C）上取值的可测映照，那么对σ代数C中任一元素c在B中都有一个原像T﹣1(C)={x：T（x）∈C}∈B .把所有原像的全体记为T－1(C)={T－1(C):C∈C} ⊂B。

对任给 X x1, xn 和 t ,满足 X At ,有
-1-
P X1 x1,, X n xn T t
P
X1
x1,, X n xn ,T
PT t;
t;
P
X1
x1,, X n
PT t;
xn ;
g t,
g t, h x1,, xn h y1,yn :T y1,yn t y1, yn
f x, g T x h x
(0.1)
对每一 与x X 成立.
注： h x不依赖于.
证：只对离散型情况给出证明.这时,
f x, P X x
对于T X 的值域中任意固定的 t ,定义集合
At x :T x t.
充分性 设 f x, 使因子分解式（1.1）成立.则对任意的 x At , T x t 成立,
X1, X 2 ,, X n 的条件与 无关.
即不包含关于参数的信息
2）定理 5.5.1（因子分解定理 Factorization Theorem）：设总体概率函数为 f (x; ) ，
X1, X 2,, X n 为样本，则 T T ( X1, X 2 ,, X n ) 为充分统计量得充分必要条件是：存
2）定理（极小充分统计量的存在定理）： 假定分解定理中的条件成立，且样本空间为欧
式的，则极小充分统计量存在.
3）要求：①信息损失越少越好
②统计量越简化越好
4．指数族：
1）定义：设 (, | p : |) 是可控参数统计结构，加入其密度函数可表示为如下形
k
式： p (x) c( ) exp{ cj ( )Tj (x)}h(x) i 1
期望）可以看作一个变换，且是一对一的变换.

1.1什么是统计学统计学是关于数据的一门学科，它收集，处理，分析，解释来自各个领域的数据并从中得出结论。

1.2解释描述统计和推断统计描述统计；它研究的是数据收集，处理，汇总，图表描述，概括与分析等统计方法。

推断统计；它是研究如何利用样本数据来推断总体特征的统计方法。

1.3统计学的类型和不同类型的特点统计数据；按所采用的计量尺度不同分；（定性数据）分类数据：只能归于某一类别的非数字型数据，它是对事物进行分类的结果，数据表现为类别，用文字来表述；（定性数据）顺序数据：只能归于某一有序类别的非数字型数据。

它也是有类别的，但这些类别是有序的。

（定量数据）数值型数据：按数字尺度测量的观察值，其结果表现为具体的数值。

统计数据；按统计数据都收集方法分；观测数据：是通过调查或观测而收集到的数据，这类数据是在没有对事物人为控制的条件下得到的。

实验数据：在实验中控制实验对象而收集到的数据。

统计数据；按被描述的现象与实践的关系分；截面数据：在相同或相似的时间点收集到的数据，也叫静态数据。

时间序列数据：按时间顺序收集到的，用于描述现象随时间变化的情况，也叫动态数据。

1.4解释分类数据，顺序数据和数值型数据答案同1.31.5举例说明总体，样本，参数，统计量，变量这几个概念对一千灯泡进行寿命测试，那么这千个灯泡就是总体，从中抽取一百个进行检测，这一百个灯泡的集合就是样本，这一千个灯泡的寿命的平均值和标准差还有合格率等描述特征的数值就是参数，这一百个灯泡的寿命的平均值和标准差还有合格率等描述特征的数值就是统计量，变量就是说明现象某种特征的概念，比如说灯泡的寿命。

1.6变量的分类变量可以分为分类变量，顺序变量，数值型变量。

变量也可以分为随机变量和非随机变量。

经验变量和理论变量。

1.7举例说明离散型变量和连续性变量离散型变量，只能取有限个值，取值以整数位断开，比如“企业数”连续型变量，取之连续不断，不能一一列举，比如“温度”。

2.1什么是二手资料？使用二手资料应注意什么问题与研究内容有关，由别人调查和试验而来已经存在，并会被我们利用的资料为“二手资料”。

2、计算出每个样本的统计量值； 3、将来自不同样本的不同统计量值分组排列，把
对应于每个数值的相对出现频数排成另一列， 由此，全部可能的样本统计量值形成了一个概 率分布，这个分布就是我们想要得到的抽样分 布。
样本均值的抽样分布 与中心极限定理
当总体服从正态分布N(μ,σ2)时，来自该总体的所有 容量为n的样本的均值x也服从正态分布，x 的数
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 x
样本均值的抽样分布
所有样本均值的均值和1.0 1.5 4.0 16
2.5 m
n
(xi mx )2
s
2 x
i 1
M
M为样本数目
(1.0 2.5)2
(4.0 2.5)2
s2
0.625
16
n
1. 样本均值的均值（数学期望）等于总体均值 2. 样本均值的方差等于总体方差的1/n
从检查一部分得知全体。
复习 抽样方法
抽样方式
概率抽样
非概率抽样
简单随机抽样 整群抽样
多阶段抽样
分层抽样 系统抽样
方便抽样 自愿样本 配额抽样
判断抽样 滚雪球抽样
6.2.1 抽样分布 (sampling distribution)
1. 样本统计量的概率分布，是一种理论分布
在重复选取容量为n的样本时，由该统计量的所有可 能取值形成的相对频数分布
2. 随机变量是 样本统计量
样本均值, 样本比例，样本方差等
3. 结果来自容量相同的所有可能样本
4. 提供了样本统计量长远而稳定的信息，是进行推 断的理论基础，也是抽样推断科学性的重要依据
抽样分布的形成过程 (sampling
distribution)