推断统计学（Inferential Statistics）

推断统计学（Inferential Statistics）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_43156294/article/details/139291525

推断统计学是统计学的重要分支，它可以帮助我们根据样本数据对总体进行合理的猜测和预测。本文将详细介绍推断统计学的基本概念、应用场景以及与描述性统计学的对比，帮助读者更好地理解这一重要统计学工具。

推断统计学与描述性统计学不同，它可以帮助我们根据数据得出结论和进行预测。当你从样本中收集数据时，可以使用推断统计学来理解样本所代表的更大总体。

一、基本概念

1.总体与样本

• 总体：研究感兴趣的所有个体的集合。
• 样本：从总体中随机抽取的一部分个体。

2.参数与统计量

• 参数：描述总体特征的数值，如总体均值（μ）和总体方差（σ²）。
• 统计量：从样本数据计算出的数值，如样本均值（(\bar{x})）和样本方差（s²）。

3.抽样分布

• 抽样分布是样本统计量的概率分布。例如，样本均值的抽样分布通常近似为正态分布，特别是当样本量足够大时（根据中心极限定理）。

4.点估计与区间估计

• 点估计：用单一数值估计总体参数，例如用样本均值估计总体均值。
• 区间估计：提供一个数值范围，这个范围以一定的概率包含总体参数。最常见的区间估计是置信区间。

5.置信区间

• 置信区间表示我们对总体参数估计的不确定性。它由一个中心值（通常是点估计）和一定的概率（置信水平）组成，例如95%置信区间。

6.假设检验

• 原假设（H₀）：通常表示没有效应或差异的假设。
• 备择假设（H₁）：与原假设相对，表示存在效应或差异的假设。
• p值：在原假设为真的情况下，观察到当前样本或更极端样本的概率。p值用于决定是否拒绝原假设。

7.统计检验的类型

• 参数检验：基于总体分布的特定假设（如正态分布）进行的检验。
• 非参数检验：不依赖于总体分布的具体形式，适用于不符合正态分布的样本数据。

8.常见的统计检验

• t检验：用于比较两组平均值或检验样本均值与已知总体均值的差异。
• ANOVA（方差分析）：用于比较三个或以上样本均值的差异。
• 卡方检验：用于分析分类变量的分布情况。
• 相关性检验：如皮尔逊相关系数，用于评估两个连续变量之间的线性关系。

9.效应量

• 效应量是衡量统计差异实际意义的指标，它提供了关于观察到的效应大小的信息。

10.统计功效

• 统计功效是指正确拒绝错误的原假设（即检测出实际存在的效应）的概率。

推断统计学在商业、社会科学、医学研究、工程和其他领域都有广泛的应用。它帮助研究者和决策者基于有限的样本数据做出关于总体的结论。

二、推断统计学的应用场景

推断统计学在商业领域有着广泛的应用，它可以帮助企业做出基于数据的决策，优化业务流程，提高效率和盈利能力。

1. 市场研究：企业通过市场调查收集数据，使用推断统计方法分析消费者行为、市场趋势和偏好，从而设计更符合市场需求的产品或服务。

2. 销售预测：利用历史销售数据和市场趋势，推断统计学可以帮助企业预测未来的销售情况，从而更好地规划库存和生产。

3. 风险管理：在金融和保险行业，推断统计学用于评估和量化风险，帮助企业制定风险管理策略和定价模型。

4. 客户细分：通过分析客户数据，企业可以识别不同的客户群体，定制个性化的营销策略，提高客户满意度和忠诚度。

5. 产品测试：在产品开发阶段，企业可以利用推断统计学对新产品进行测试，评估产品性能和市场接受度。

6. 质量控制：制造企业使用推断统计学来监控和改进产品质量，通过抽样检查来推断整个生产批次的质量水平。

7. 人力资源管理：企业可以利用推断统计分析员工满意度、绩效评估和招聘效果，以优化人力资源管理策略。

8. 定价策略：通过分析竞争对手的价格和市场需求，推断统计学可以帮助企业制定有竞争力的定价策略。

9. 广告效果评估：企业可以使用推断统计学来评估广告活动的效果，了解哪些广告渠道和策略最有效。

10. 供应链优化：推断统计学可以帮助企业分析供应链数据，优化库存管理，减少成本，提高响应速度。

11. 投资决策：投资者和企业可以使用推断统计学来分析市场数据，评估投资机会和风险，做出更明智的投资决策。

12. 客户关系管理（CRM）：通过分析客户互动和购买历史，推断统计学可以帮助企业更好地理解客户需求，提升客户关系管理。

13. 运营效率：企业可以利用推断统计学来分析运营数据，识别瓶颈和改进机会，提高整体运营效率。

14. 合规性检查：在需要遵守法规的行业中，如医药、食品等，推断统计学可以帮助企业确保其产品和流程符合相关标准和规定。

15. 战略规划：企业可以利用推断统计学来分析市场和竞争环境，为长期战略规划提供数据支持。

这些应用场景展示了推断统计学在商业决策中的重要作用，它通过分析和解释数据，帮助企业更好地理解市场和业务，从而做出更加科学和有效的决策。

三、描述性统计学与推断性统计学的对比

描述性统计学允许你描述数据集的特征，而推断性统计学允许你基于数据集进行推断。

1.描述性统计学

使用描述性统计学，你可以报告数据的特征：

• 分布涉及每个值的频率。
• 中心趋势涉及值的平均数。
• 变异性涉及值的分散程度。

在描述性统计学中，没有不确定性——统计数据精确地描述了你收集的数据。如果你从整个总体中收集数据，你可以直接将这些描述性统计数据与来自其他总体的数据进行比较。

示例：描述性统计学

你收集了一个学校所有11年级学生三年的SAT成绩数据。

你可以使用描述性统计学快速了解该学校在那些年份的成绩概况。然后，你可以直接将平均SAT成绩与其他学校的平均成绩进行比较。

2.推断性统计学

大多数时候，你只能从样本中获取数据，因为从你感兴趣的整个总体中收集数据太困难或成本太高。

虽然描述性统计学只能总结样本的特征，但推断性统计学使用你的样本对更大的总体进行合理的猜测。

在使用推断性统计学时，重要的是使用随机和无偏见的抽样方法。如果你的样本不代表你的总体，那么你就无法进行有效的统计推断或概括。

示例：推断性统计学

你随机选择了一个州的11年级学生样本，并收集了他们的SAT成绩和其他特征数据。

你可以使用推断性统计学根据你的样本数据对整个州的11年级学生总体进行估计和假设检验。

3.推断性统计学中的抽样误差

由于样本的大小总是小于总体的大小，因此样本数据没有捕捉到总体的一部分。这造成了抽样误差，即真实总体值（称为参数）与测量样本值（称为统计量）之间的差异。

即使样本是随机和无偏见的，抽样误差也会在使用样本时产生。因此，在推断性统计学中总是存在某种不确定性。然而，使用概率抽样方法可以减少这种不确定性。

四、从样本统计量估计总体参数

样本和总体的特征由称为统计量和参数的数字描述：

• 统计量是描述样本的度量（例如，样本均值）。
• 参数是描述整个总体的度量（例如，总体均值）。

抽样误差是参数与相应统计量之间的差异。由于在大多数情况下你不知道真实的总体参数，你可以使用推断性统计学以考虑抽样误差的方式来估计这些参数。

你可以对总体做出两种重要的估计：

• 点估计是一个参数的单一值估计。例如，样本均值是总体均值的点估计。
• 区间估计给出了参数预期所在的一系列值。置信区间是最常见的区间估计类型。

这两种估计都对清晰了解参数可能所在的位置非常重要。

五、置信区间

置信区间使用围绕统计量的变异性来得出参数的区间估计。置信区间对于估计参数非常有用，因为它们考虑了抽样误差。

虽然点估计给出了你所关注的参数的精确值，但置信区间告诉你点估计的不确定性。它们最好结合使用。

每个置信区间都与一个置信水平相关联。置信水平告诉你，如果你重复研究，区间包含参数估计的概率（以百分比表示）。

95%的置信区间意味着，如果你用新样本以完全相同的方式重复研究100次，你可以预期你的估计在95次中有95次落在指定的值范围内。

尽管你可以说你的估计在一定百分比的时间内会落在区间内，但你不能确定实际的总体参数会。那是因为没有从整个总体收集数据，你无法知道总体参数的真实值。

然而，通过随机抽样和适当的样本大小，你可以合理地期望你的置信区间在一定百分比的时间内包含参数。

示例：点估计和置信区间

你想要知道国际公司的员工平均收到多少天的带薪假期。在从随机样本中收集调查响应后，你计算了一个点估计和一个置信区间。

你对总体平均带薪假期天数的点估计是样本均值19天。

通过随机抽样，95%的置信区间[16, 22]意味着你可以合理地确信平均假期天数在16到22天之间。

六、假设检验

假设检验是使用推断性统计学的正式统计分析过程。假设检验的目标是使用样本比较总体或评估变量之间的关系。

假设或预测是使用统计测试进行测试的。统计测试还估计抽样误差，以便进行有效的推断。

统计测试可以是参数的或非参数的。参数测试被认为在统计上更强大，因为如果存在效应，它们更有可能检测到。

参数测试包括以下假设：

• 样本来自的总体遵循分数的正态分布
• 样本大小足够代表总体
• 比较的每个组的方差，即变异性的度量，是相似的

当你的数据违反这些假设中的任何一个时，非参数测试更适合。非参数测试被称为“无分布测试”，因为它们不对总体数据的分布做任何假设。

统计测试有三种形式：比较测试、相关性测试或回归测试。

比较测试

比较测试评估两个或多个组的平均值、中位数或分数排名是否有差异。

为了决定哪种测试适合你的目的，考虑你的数据是否符合参数测试所需的条件、样本数量以及你的变量的测量水平。

平均值只能对区间或比率数据进行计算，而中位数和排名更适合序数数据。

相关性测试

相关性测试确定两个变量之间关联的程度。

尽管Pearson的r是统计上最强的测试，但当数据不遵循正态分布时，Spearman的r适用于区间和比率变量。

卡方独立性检验是唯一可以与名义变量一起使用的测试。

回归测试

回归测试证明预测变量的变化是否导致结果变量的变化。你可以根据你拥有的预测变量和结果变量的数量和类型来决定使用哪种回归测试。

大多数常用的回归测试是参数的。如果你的数据不是正态分布的，你可以执行数据转换。

数据转换通过数学运算帮助你使数据呈正态分布，如取每个值的平方根。