应用多元统计分析-第四章 均值向量和协差阵检验
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实验一SPSS软件的基本操作与均值向量和协方差阵的检验【实验目的】通过本次实验,了解SPSS的基本特征、结构、运行模式、主要窗口等,了解如何录入数据和建立数据文件,掌握基本的数据文件编辑与修改方法,对SPSS有一个浅层次的综合认识。
同时能够掌握对均值向量和协方差阵进行检验。
【实验性质】必修,基础层次【实验仪器及软件】计算机及SPSS软件【实验内容】1.操作SPSS的基本方法(打开、保存、编辑数据文件)2.问卷编码3.录入数据并练习数据相关操作4.对均值向量和协方差阵进行检验,并给出分析结论。
【实验学时】4学时【实验方法与步骤】1.开机2.找到SPSS的快捷按纽或在程序中找到SPSS,打开SPSS3.认识SPSS数据编辑窗、结果输出窗、帮助窗口、图表编辑窗、语句编辑窗4.对一份给出的问卷进行编码和变量定义5.按要求录入数据6.练习基本的数据修改编辑方法7.检验多元总体的均值向量和协方差阵8.保存数据文件9.关闭SPSS,关机。
【实验注意事项】1.实验中不轻易改动SPSS的参数设置,以免引起系统运行问题。
2.遇到各种难以处理的问题,请询问指导教师。
3.为保证计算机的安全,上机过程中非经指导教师和实验室管理人员同意,禁止使用移动存储器。
4.每次上机,个人应按规定要求使用同一计算机,如因故障需更换,应报指导教师或实验室管理人员同意。
5.上机时间,禁止使用计算机从事与课程无关的工作。
【上机作业】1.定义变量:试录入以下数据文件,并按要求进行变量定义。
表1学号姓名性别生日身高(cm)体重(kg)英语(总分100分)数学(总分100分)生活费($代表人民币)200201 刘一迪男1982.01.12 156.42 47.54 75 79 345.00 200202 许兆辉男1982.06.05 155.73 37.83 78 76 435.00 200203 王鸿屿男1982.05.17 144.6 38.66 65 88 643.50 200204 江飞男1982.08.31 161.5 41.68 79 82 235.50 200205 袁翼鹏男1982.09.17 161.3 43.36 82 77 867.00 200206 段燕女1982.12.21 158 47.35 81 74200207 安剑萍女1982.10.18 161.5 47.44 77 69 1233.00 200208 赵冬莉女1982.07.06 162.76 47.87 67 73 767.80 200209 叶敏女1982.06.01 164.3 33.85 64 77 553.90 200210 毛云华女1982.09.12 144 33.84 70 80 343.00200211 孙世伟男1981.10.13 157.9 49.23 84 85 453.80200212 杨维清男1981.12.6 176.1 54.54 85 80 843.00男1981.11.21 168.55 50.67 79 79 657.40 200213 欧阳已祥200214 贺以礼男1981.09.28 164.5 44.56 75 80 1863.90200215 张放男1981.12.08 153 58.87 76 69 462.20200216 陆晓蓝女1981.10.07 164.7 44.14 80 83 476.80200217 吴挽君女1981.09.09 160.5 53.34 79 82200218 李利女1981.09.14 147 36.46 75 97 452.80200219 韩琴女1981.10.15 153.2 30.17 90 75 244.70200220 黄捷蕾女1981.12.02 157.9 40.45 71 80 253.00要求:1)变量名同表格名,以“()”内的内容作为变量标签。
多元统计分析——均值向量和协方差阵检验均值向量检验是评估两个或多个总体均值是否相等的方法。
在多元统计分析中,均值向量检验常用于比较不同组别或条件下的均值是否有差异。
假设有k个样本组别,每个组别有n个观测值,那么总共有nk个观测值。
假设每个观测值有p个测量变量,那么每个样本组别的均值向量可以表示为一个p维的向量。
我们的目标是比较这k个均值向量是否相等。
常用的均值向量检验方法有Hotelling's T-squared统计量和Wilks' Lambda统计量。
Hotelling's T-squared统计量是基于方差-协方差阵的一个推广,它考虑了样本组别的大小和协方差结构。
它的计算公式为:T^2=n(p-k)/(k(n-1))*(x1-x)^TS^(-1)(x1-x)其中,n是每个组别的观测数,p是变量的个数,k是组别的个数,x1是第一个组别的均值向量,x是总体均值向量,S是协方差阵。
T^2的分布是一个自由度为k,维度为p的非中心F分布。
Wilks' Lambda统计量是基于协方差阵的特征值的一个变换,它的计算公式为:Lambda = ,W,/,B其中,W是所有组别的散布矩阵(Within-groups scatter matrix),B是总体的散布矩阵(Between-groups scatter matrix)。
Wilks' Lambda的分布是一个自由度为k和n-k-1的F分布。
协方差阵检验是评估两个或多个总体协方差阵是否相等的方法。
在多元统计分析中,协方差阵检验常用于比较不同组别或条件下的变量之间的协方差结构是否有差异。
假设有k个样本组别,每个组别有n个观测值,那么总共有nk个观测值。
假设每个观测值有p个测量变量,那么每个样本组别的协方差阵可以表示为一个p维的矩阵。
我们的目标是比较这k个协方差阵是否相等。
常用的协方差阵检验方法有Hotelling-Lawley's Trace统计量和Pillai-Bartlett's Trace统计量。
第二章2.1.试叙述多元联合分布和边际分布之间的关系。
解:多元联合分布讨论多个随机变量联合到一起的概率分布状况,12(,,)p X X X X '=的联合分布密度函数是一个p 维的函数,而边际分布讨论是12(,,)p X X X X '=的子向量的概率分布,其概率密度函数的维数小于p 。
2.2设二维随机向量12()X X '服从二元正态分布,写出其联合分布。
解:设12()X X '的均值向量为()12μμ'=μ,协方差矩阵为21122212σσσσ⎛⎫ ⎪⎝⎭,则其联合分布密度函数为1/21222112112222122121()exp ()()2f σσσσσσσσ--⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪'=---⎨⎬ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭x x μx μ。
2.3已知随机向量12()X X '的联合密度函数为121212222[()()()()2()()](,)()()d c x a b a x c x a x c f x x b a d c --+-----=--其中1a x b ≤≤,2c x d ≤≤。
求(1)随机变量1X 和2X 的边缘密度函数、均值和方差; (2)随机变量1X 和2X 的协方差和相关系数; (3)判断1X 和2X 是否相互独立。
(1)解:随机变量1X 和2X 的边缘密度函数、均值和方差;112121222[()()()()2()()]()()()dx cd c x a b a x c x a x c f x dx b a d c --+-----=--⎰12212222222()()2[()()2()()]()()()()dd cc d c x a x b a x c x a x c dx b a d c b a d c -------=+----⎰ 12122222()()2[()2()]()()()()dd cc d c x a x b a t x a t dt b a d c b a d c ------=+----⎰2212122222()()[()2()]1()()()()d cdcd c x a x b a t x a t b a d c b a d c b a------=+=----- 所以由于1X 服从均匀分布,则均值为2b a +,方差为()212b a -。