常態分配(Normal Distribution)

一、常態分配(Normal Distribution) 
1.常態曲線及分配是一種理論模式,但透過這理論模式,配合平均數及標準差,我們可以對實證研究所得之資料分配,做相當精確之描述及推論。能做到這一點是因常態曲線本身有些重要且已知的特性。
2.常態曲線最重要的特性是:
A.其形狀為左右對稱若鐘形之曲線
【注意:對稱不一定為常態分布,但常態分布一定為對稱】
B.此曲線只有一個眾數,並與中位數及平均數是三合一的。
C.其曲線的兩尾是向兩端無限延伸。
D.曲線之形狀完全由μσ2決定
3.因此,雖然實際調查得到的資料,不可能是這種完美的理論模式,但許多實際得到之變項的資料分配是相當接近這種模式,因此可以假定它們的分配是常態的,進而使我們得以運用常態曲線的理論特性。
4.公式:
A.平面圖形可表示為:
其中x為函數的橫軸x,亦為隨機變數,也就是身高or體重or財富
B.由於變數只有μσ2,因此常態族群可表示為
X~N(μ,σ2)
直接翻譯為:隨機變數屬於 Normal Distribution常態分布
5.特性:
A.呈常態分佈的族群,抽樣分布一定呈常態分佈;
B.非常態分佈的族群,抽樣一定為常態分佈,但會類似常態分佈,且抽樣數n越大,抽樣平均值的分布會越接近常態分佈。此為央極限定理
C.n越大,則樣本平均數之抽樣分佈圖會往中間收窄,且頂峰提高
6.例題
族群平均身高為170,變異數為16,可寫為X~N(170,16),即表X可由函數表示,若現在抽樣,樣本數n25
則樣本的變異數,且樣本平均的抽樣分布會成立!其函數為
二、標準常態分布 Z分布
1.因為常態分布的積分剛好是1,公式如下:
f(x) = {1 \over \sigma\sqrt{2\pi} }\,e^{- {{(x-\mu )^2 \over 2\sigma^2}}}
資料來源:維基百科
所以我們可以用面積來表示選取範圍會出現的機率,其表示方法如下:
Pr (A<x<B) = CPr,即probability
其中AB表示一個範圍,C便是x出現在AB之間的機率。
(註:亦可以用Pr (A<x<B) = C來表示,其實有無等號並不影響機率,因為差異太小了。)
2. 標準常態分布裡各範圍的機率全部都記錄了下來,列成表,即所謂的標準常態分布表(z),其平均數為0,變異數為1的常態分布,它的函數變成:
 
也就是ZN(0,1)  Z特指標準常態分布
3.標準常態分布的意義:
A.即為平均值=0,變異數=1的常態分布。
B.各種不同型態的常態分布,皆可以轉換成標準常態分布,一般以符號   ZN(01)表示之。
C.但我們平常看到的並不是「標準常態分布」,所以無法查表,因此必須將常態分布變成「標準常態分布(標準化)」
D.目的:去單位,方便查機率。
E.基本觀念:雖說是公式,但理解其原理後根本不需要硬背。因為它只不過是將題目給定的population的常態分佈曲線平移和伸縮成為標準常態分佈的一個算式而已,其轉換法為:
K=(X-μ)/σ
其中K值的量代表著原始分數和母體平均值之間的距離,是以標準差為單位計算。
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