বৈকল্পিকের জন্য একটি আস্থা অন্তর তৈরি করার সময় চি স্কোয়ারটি কেন ব্যবহার করা হয়?


15

এটি একটি খুব বেসিক প্রশ্ন। কেন আমরা চি চি স্কোয়ার বিতরণ ব্যবহার করব? এই বিতরণের অর্থ কী? কেন এই বিতরণ বৈকল্পিকের জন্য একটি আস্থা অন্তর তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়?

আমি গুগল করার জন্য প্রতিটি জায়গাতেই এটি একটি সত্য উপস্থাপন করে, চি কখন ব্যবহার করতে হবে তা ব্যাখ্যা করে, তবে কেন চি ব্যবহার করতে হবে এবং কেন এটি দেখতে যেভাবে দেখায় তা ব্যাখ্যা করে না।

যে কেউ আমাকে সঠিক দিকের দিকে নির্দেশ করতে পারে এবং এটির জন্য অনেক ধন্যবাদ - যখন আমি বৈকল্পিকতার জন্য একটি আত্মবিশ্বাসের ব্যবধান তৈরি করছি তখন কেন আমি চি ব্যবহার করছি understanding


4
আপনি এটি ব্যবহার করেন কারণ - যখন ডেটা স্বাভাবিক থাকে - Q=(n1)s2σ2χn12 । (এটিQএকটি মৌলিক পরিমাণে পরিণত করে)
Glen_b -Rininateate Monica

2
এছাড়াও stats.stackexchange.com/questions/15711/… এবং এর লিঙ্ক দেখুন।
নিক কক্স

1
যারা বা আরো গবেষণার অ্যাপ্লিকেশন করার জন্য আগ্রহী , আপনি একটি মধ্যে পার্থক্য দিতে মনোযোগ করতে চাইবেন χ 2 ( "চি-স্কোয়ারড") বিতরণ এবং একটি χ ( "চি") বন্টন (এটা আশ্চর্যজনকভাবে একটি χ 2 এর বর্গমূল ) χ2χ2χχ2
হোবার

উত্তর:


23

Quick answer

The reason is because, assuming the data are i.i.d. and XiN(μ,σ2), and defining

X¯=NXiNS2=N(X¯Xi)2N1
when forming confidence intervals, the sampling distribution associated with the sample variance (S2, remember, a random variable!) is a chi-square distribution (S2(N1)/σ2χn12), just as the sampling distribution associated with the sample mean is a standard normal distribution ((X¯μ)n/σZ(0,1)) when you know the variance, and with a t-student when you don't ((X¯μ)n/STn1).

Long answer

First of all, we'll prove that S2(N1)/σ2 follows a chi-square distribution with N1 degrees of freedom. After that, we'll see how this proof is useful when deriving the confidence intervals for the variance, and how the chi-square distribution appears (and why it is so useful!). Let's begin.

The proof

ν

mχν2(t)=(12t)ν/2.
If we can show that the distribution of S2(N1)/σ2 has a moment generating function like this one, but with ν=N1, then we have shown that S2(N1)/σ2 follows a chi-square distribution with N1 degrees of freedom. In order to show this, note two facts:
  1. If we define,

    Y=(XiX¯)2σ2=Zi2,
    where ZiN(0,1), i.e., standard normal random variables, the moment generating function of Y is given by
    mY(t)=E[etY]=E[etZ12]×E[etZ22]×...E[etZN2]=mZi2(t)×mZ22(t)×...mZN2(t).
    The MGF of Z2 is given by
    mZ2(t)=f(z)exp(tz2)dz=(12t)1/2,
    where I have used the PDF of the standard normal, f(z)=ez2/2/2π and, hence,
    mY(t)=(12t)N/2,
    which implies that Y follows a chi-square distribution with N degrees of freedom.
  2. If Y1 and Y2 are independent and each distribute as a chi-square distribution but with ν1 and ν2 degrees of freedom, then W=Y1+Y2 distributes with a chi-square distribution with ν1+ν2 degrees of freedom (this follows from taking the MGF of W; do this!).

With the above facts, note that if you multiply the sample variance by N1, you obtain (after some algebra),

(N1)S2=n(X¯μ)+(Xiμ)2,
and, hence, dividing by σ2,
(N1)S2σ2+(X¯μ)2σ2/N=(Xiμ)2σ2.
Note that the second term in the left-side of this sum distributes as a chi-square distribution with 1 degree of freedom, and the right-hand side sum distributes as a chi-square with N degrees of freedom. Therefore, S2(N1)/σ2 distributes as a chi-square with N1 degrees of freedom.

Calculating the Confidence Interval for the variance.

When looking for a confidence interval for the variance, you want to know the limits L1 and L2 in

P(L1σ2L2)=1α.
Let's play with the inequality inside the parenthesis. First, divide by S2(N1),
L1S2(N1)σ2S2(N1)L2S2(N1).
And then remember two things: (1) the statistic S2(N1)/σ2 has a chi-squared distribution with N1 degrees of freedom and (2) the variances is always greather than zero, which implies that you can invert the inequalities, because
L1S2(N1)σ2S2(N1)S2(N1)σ2S2(N1)L1,σ2S2(N1)L2S2(N1)S2(N1)L2S2(N1)σ2,
hence, the probability we are looking for is:
P(S2(N1)L2S2(N1)σ2S2(N1)L1)=1α.
Note that S2(N1)/σ2χ2(N1). We want then,
S2(N1)L2N1pχ2(x)dx=(1α)/2   ,N1S2(N1)L1pχ2(x)dx=(1α)/2  
(we integrate up to N1 because the expected value of a chi-squared random variable with N1 degrees of freedom is N1) or, equivalently,
0S2(N1)L2pχ2(x)dx=α/2,S2(N1)L1pχ2(x)dx=α/2.
Calling χα/22=S2(N1)L2 and χ1α/22=S2(N1)L1, where the values χα/22 and χ1α/22 can be found in chi-square tables (in computers mainly!) and solving for L1 and L2,
L1=S2(N1)χ1α/22,L2=S2(N1)χα/22.
Hence, your confidence interval for the variance is
C.I.=(S2(N1)χ1α/22,S2(N1)χα/22).

1
Simply because S2 does not follow a centered chi-square distribution, while S2(N1)/σ2 does and, therefore, its easier to work with. Are you asking for a derivation for that? (i.e., you want someone to show you that S2(N1)/σ2 follows a chi-square distribution with N1 degrees of freedom?)
Néstor

4
It would be helpful to modify this answer to include the very strong but unstated assumption that the sample variance follows a chi-squared distribution when the underlying data are independent and follow a normal distribution. Unlike the theory of the distribution of the sample mean, where in practice its sampling distribution will be approximately Normal to reasonable accuracy in many situations, this same asymptotic behavior tends not to happen with the sample variance (until sample sizes become extremely large).
whuber

1
Oops. So, so true! This actually came from a problem solution that I handed out to some students, where I state on the question all these assumptions. I edited the answer now.
Néstor

1
@user34756 The reason we don't use the distribution of S2 directly is that its distribution depends on the value of a parameter. You may find it useful to investigate the use of pivotal quantities in constructing confidence intervals.
Glen_b -Reinstate Monica

1
Isn't f(z)=ez2/2 instead of f(z)=ez2 ?
Benoît Legat
আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.