许多统计推断问题要求我们找到自由度的数目。自由度的数量从无限多个中选择一个单一的概率分布。这一步骤在计算过程中经常被忽略,但却是至关重要的细节置信区间和假设检验的运作。
自由度的数量没有一个单一的通用公式。然而,在推理统计中,每种类型的过程都有特定的公式。换句话说,我们工作的环境将决定自由度的数量。下面是一些最常见的推理程序的部分列表,以及在每种情况下使用的自由度数。
为了完整性和澄清一些误解,列出了涉及标准正态分布的程序。这些程序不要求我们找到自由度的数目。原因是存在单一的标准正态分布。这些类型的程序包括已知总体标准偏差时涉及总体平均值的程序,以及与总体比例有关的程序。
有时统计实践要求我们使用学生的t分布。对于这些程序,例如处理具有未知总体标准偏差的总体平均值的程序,自由度的数量比样本量少一个。因此,如果样本大小为n,则存在n-1个自由度。
很多时候,将数据成对处理是有意义的。进行配对通常是因为配对中的第一个值和第二个值之间存在连接。很多时候,我们会在测量前后配对。我们的配对数据样本不是独立的;然而,每对之间的差异是独立的。因此,如果样本共有n对数据点(共有2n个值),则存在n-1个自由度。
对于这类问题,我们仍然使用t分布。这次我们每个人都有一个样本。虽然这两个样本的大小最好相同,但我们的统计程序不需要这样做。因此,我们可以有两个大小为n1和n2的样品。有两种方法可以确定自由度的数量。更准确的方法是使用韦尔奇公式,这是一个计算繁琐的公式,涉及样本大小和样本标准偏差。另一种方法称为保守近似法,可用于快速估计自由度。这只是两个数字n1-1和n2-1中较小的一个。
卡方检验的一个用途是观察两个分类变量是否表现出独立性,每个变量有几个级别。关于这些变量的信息记录在一个包含r行和c列的双向表中。自由度的数量是乘积(r-1)(c-1)。
卡方拟合优度从一个总水平为n的分类变量开始。我们检验这个变量与预定模型匹配的假设。自由度的数量比级别的数量少一个。换句话说,有n-1个自由度。
单因素方差分析(ANOVA)允许我们在几个组之间进行比较,无需进行多重成对假设检验。由于测试要求我们测量几个组之间的变化以及每个组内的变化,因此我们最终得到了两个自由度。用于单因素方差分析的F统计量是一个分数。分子和分母都有自由度。设c为组数,n为数据值总数。分子的自由度比群的数目少一个,即c-1。分母的自由度数是数据值的总数减去组数,或n-c。
很明显,我们必须非常小心地知道我们使用的是哪种推理程序。这些知识将告诉我们正确的使用自由度。
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