推论统计学 · 减熵增长(第0篇)

引子

有人说:“成功的人是通过不断投资在大概率获胜的事情上而取得成功的。”
凡人不是神,哪怕是股神巴菲特、首富比尔盖茨也不能预测明天。
蠢人相信占卜,稍有了解就会发现连《周易》也只是一种推演概率,无法就具体的事情做出准确的判断;凡人拼命努力,相信虽然努力不一定成功,但不努力一定没机会成功;而聪明人会在懂得概率统计的前提下,在最可能赢的事情上努力。
无论哪一种人,我们的人生都离不开概率,所以我要学习统计学。

Summary

推论统计学在维基百科的定义是:在对样本数据进行描述的基础上,对统计总体的未知数量特征做出以概率形式表述的推断。 更概括地说,是在一段有限的时间内,通过对一个随机过程的观察来进行推断的。

  • 样本分布(Sample distribution) V.S. 抽样分布(Sampling distribution)
  • 中心极限定理(Central Limit Theorem)
  • 置信区间(Confidence interval)
  • 精确度V.S.准确度(Precision V.S. Accuracy)

1.样本分布(Sample distribution) V.S. 抽样分布(Sampling distribution)

理论上说如果我们能轻松获得全部的数据,并很容易进行统计分析,或许统计学不会引入样本的概念。但实际上,我们要么无法获得全部数据,要么拿到那么多的数据难以统计分析,所以样本的概念是统计学的基础。
这两个概念的英文很容易混淆,好在中文的表达给了我们线索。样本分布是研究一个样本的情况,而抽样分布研究的是多个样本的情况。换言之样本分布是帮助我们研究样本的数据特征,而抽样分布是帮助我们研究整体的数据特征。抽样分布之所以能代表整体,是因为多个样本能够分担个别样本偏离整体特征的风险。

作者语:化繁为简,从小处着眼研究整体情况是统计学很重要的研究思路。

2.中心极限定理(Central Limit Theorem)

维基百科对中心极限定理的解释是:大量相互独立的[随机变量],其均值的分布以[正态分布]为[极限]。
这个解释不容易懂,拆解开来:
(1)前提:在推论统计学中应该定义为相互独立的样本,为了保证这里说的相互独立,样本要满足两个要求:样本数量>30 + 样本数量<整体的10%;
(2)定理解释:抽样分布符合正态分布,以整体的平均值作为抽样分布的平均值,以整体分布的标准差/(根号下样本大小)作为抽样分布的标准差。

作者语:中心极限定理帮我们建立了多个样本和整体之间的联系,这个联系的规律是,样本大小有上下限,在此范围内样本大小越大,抽样分布越能反应整体的数据特征。

3.置信区间(Confidence interval)

无论抽样如何科学,我们也无法相信它和整体一模一样,就像世界上无法存在两片一样的叶子。如果我们根据抽样的数据特征,扩展到某一个范围,那么整体的数据特征落在该范围内的可能性就大大增加了。
根据中心极限定理,由于抽样分布一定符合正态分布(与整体分布是否是正态分布无关),所以可以推导出置信区间的公式:
抽样分布的平均值 +/- 标准正态分布Z值*抽样分布的标准差/(根号下样本大小)

作者语:这是一个了不起的发明,它建立了准确和概率之间的联系。我们无法准确预测未来,但是我们可以在统计学的基础上科学的预测未来发生某事的概率,就像每天大家都使用的天气预报一样。

4.精确度V.S.准确度(Precision V.S. Accuracy)

准确度和精度大多数时候是一对矛盾的概念,准确度是指整体的数据特征是否在我们给出的置信区间内,而精确度是指我们置信区间的大小。
举个例子,如果一个人打把,我们猜它可能打了多少环(范围是0-100环)。如果你希望有较高的准确度,我们要猜的范围越大越好,极端情况下,如果你说应该是在0-100环之间,你一定正确;但这对我们的学习研究没有意义,因为在准确度之外我们还要兼顾精确度,也就是说同时还希望我们猜测的范围越小越好。

作者语:那有没有办法让“鱼和熊掌得兼”呢?是有的,那就是在允许的范围内增大样本大小。样本大小如果增加了,那么置信区间会减小,这就意味着精确度提升,但同时准确度没有被牺牲。

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