统计学基本知识
本文是在学习《深入浅出统计学》时做的一些关键笔记。
我的理解
从图形、平均值、期望、方差、概率计算、排列组合、三类典型的离散概率分布、正态分布…到样本与总体之间的相互估算,《深入浅出统计学》这本书结合现实案例非常生动地介绍了各种概念的现实用途,让我真切感受到统计学“在充满偶然性的世界里尽可能寻找确定性”的巨大魅力。
我在豆包上提了一个问题“统计学的终极定义是什么”,AI给了我几种定义,这些定义都非常好:
- 教科书标准定义:统计学是一门收集、整理、展示、分析数据,并从数据中推断总体、量化不确定性的科学。
- 精炼本质定义:统计学是在信息不完全、存在噪声的条件下,从有限样本获取关于总体的知识,并衡量推断风险的方法论。
- 哲学层面定义:统计学是一套理性的语言,用来在充满偶然性的世界里区分“信号”和“噪声”。
怎么展示数据?直观展示有各种图表,数据是任人打扮的小姑娘,我们以不同的方式展示她,那么她就会呈现出不同特点。更深一步,有各种分析数据,可以定量告诉人们数据的内涵。总而言之,数据展示都是数据的内涵视图。
给我们一系列数据,我们最先想到的就是求均值、中位数、众数等各种基本量,这些量很简单,但是也有大学问。在不同场景下,各有优劣。
平均值把一系列数据压缩成一个值,只能作为数据的集中度量,那么怎么度量数据的分散性呢?全距、四分距、方差、标准差应运而生。
概率是统计学的核心之一,如何求各种概率,这又带来了一系列的概念,当然还有一系列的公式。
求单一变量的期望和方差很简单,如果将多个独立变量进行线性组合,又怎么能快速求取组合量的期望和方差呢?这有固定公式可循,这些公式可以赋予我们化繁为简解决复杂问题的能力。
排列组合不必多说,很多场景会用到,本书给了一些独特的理解视角,很棒!
三种典型的离散分布,对应三种典型的概率计算问题,是思维的模式和模块化,也是思考复杂问题的工具箱。
正态分布的重要性也不言而喻,一个期望和一个方差是定义唯一正态概率分布的唯二指标。
从样本预测总体、从总体预测样本,是统计学的核心。这里面的抽样概率分布是相对较难理解的部分。
当然,还有假设检验等更烧脑的内容也是非常实用的,后续碰到了再进一步理解吧。
信息图形化
- 统计研究内容:搜集数据→分析数据→得出结论
- 意义:数据中隐藏着趋势和模式,但看数据很难发现,通过图表和量化指标才能反映
- 相同的数据,不同的处理,会给人不同的印象
- 各种统计图形各有侧重,都是数据的内涵视图

- 饼图:比例比较,比例相当时失效

- 条形图:对比更加精准。度量标准很关键,是频数还是比例,需要斟酌

- 其他条形图:堆积条形图(相同度量)、分段条形图(可不同度量,频数 + 百分比)

- 直方图:表现分组数据,区间宽度不同时,应保证长方形面积与频数成比例,其高度就反映频数密度

- 累积频数:很容易反映度量值在某个范围内的频数

- 折线图:更容易反映趋势

集中趋势的量度
平均数有多种:均值、中位数、众数都属于平均数
- 均值:对异常值非常敏感


- 中位数:抗异常值能力强
- 均值和中位数的问题:如果数据呈现明显的断层分组聚集特性,那么中位数也会巨大波动

- 众数:频数最高的指标
分散性与变异性的量度
当通过平均值没法评价多个数据分布的优劣时,均要考虑数据的分散和变异特性。
- 全距(极差):描述数据的宽度,无法描述数据在上下界之间的分布形态。且对异常值极度敏感

- 四分位距(上下四分位数、中位数):摆脱异常值的利器

- 十分位距、百分位距
- 箱型图:非常直观地展示各分位数和分位距


- 平均距离的局限性
- 优秀:方差、标准差


- 标准分:度量数据的好坏,和自己比;标准分=距离均值的标准差个数



概率计算
概率的含义:只是表示可能性的大小,无论某件事多么不可能发生,只要不是完全不可能发生,该事件就仍然可能发生。
- 基本概率

- 维恩图

- 对立事件

-
互斥事件:两个事件不可能同时发生 P(A∪B)=0
-
条件概率:事件B发生的前提下,事件A发生的概率



- 概率数:与维恩图有别的另一种概率可视化表达方法
- 全概率公式

- 贝叶斯定理:提供一种计算逆条件概率的方法,贝叶斯定理在现实生活中有多种用途

- 独立事件:两个事件的发生互不影响


独立的真实含义:一个人报不报瑜伽,不影响他报游泳的可能性。
- 相关事件:不独立事件
离散概率分布的运用
- 期望

- 概率分布的方差

- 概率分布的标准差

- 线性变换的通用公式

- 独立观测值

排列与组合
-
排列:n个数排列共有n!中排序情况
-
重复排列:n个数中有多组重复数,不考虑相同数的顺序

- 组合

几何分布、二项分布及泊松分布
- 几何分布:答对一个题的概率是p,求第r次答对的概率


- 几何分布的计算

- 二项分布:答对一个题的概率是p,一共答n次,求一共答对r次的概率


- 二项分布的期望与方差

- 泊松分布:小概率独立事件,知道时间区间内平均发生次数为λ,求在该时间区间内发生k次的概率

- 泊松分布的期望和方差

- 泊松分布近似二项分布

正态分布的运用
- 连续数据
- 概率密度函数
- 概率:概率密度函数的面积
- 正态分布

- 正态分布的概率求法:求标准分,然后根据标准分查表即可
再谈正态分布的运用
- 一个经典问题

- 解法

- 更一般的情况

- 使用正态分布近似二项分布:二项分布是离散分布,正态分布是连续分布,需要进行连续性修正

- 使用正态分布近似泊松分布

统计抽样的运用
用样本来预测总体,样本必须能代表目标总体,抽样方法至关重要。

总体和样本的估计
从样本估算总体,从总体估算样本
- 从样本估算总体均值

- 从样本估计总体方差:样本天然会过滤极端数值,因此所求方差偏小;因此,在计算点估计方差时,除以(n-1)


- 从样本估算总体比例

-
从总体估算多样本比例的期望

-
从总体估算多样本比例的方差

-
样本比例分布:样本比例在一定条件下呈现正态分布,同样需要考虑整数的连续性修正


解决问题:

-
样本均值的抽样分布
直观理解:

问题引入:

问题解决:从总体中多次取30袋样本,需要求这些样本均值的分布,然后根据概率分布求概率。且样本均值分布呈正态分布。


- 中心极限定理

置信区间的构建
- 置信区间定义:一般求样本比例和样本均值的置信区间

- 置信区间的求法

- 置信区间有简易求法

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