サンプルの標準偏差が


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標準偏差の不偏推定に関するウィキペディアの記事によると、サンプルSD

s=1n−1∑i=1n(xi−x¯)2

人口のSDの偏った推定量です。これは、と述べている。E(s2)≠E(s2)

NB。ランダム変数は独立しており、それぞれxi∼N(μ,σ2)

私の質問は2つあります。

  • 偏見の証拠は何ですか?
  • サンプル標準偏差の期待値をどのように計算しますか

数学/統計に関する私の知識は中程度です。


4
どちらの質問も、カイ分布に関するウィキペディアの記事で回答されています。
— whuberの

回答:


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この質問に対する@NRHの答えは、サンプル標準偏差の偏りの素晴らしく簡単な証明を与えます。ここでは、正規分布サンプルからのサンプル標準偏差(元のポスターの2番目の質問)の期待値を明示的に計算します。この時点で、バイアスは明らかです。

点のセットの公平な標本分散はx1,...,xn

s2=1n−1∑i=1n(xi−x¯)2

場合は「sが正常に配布され、それが事実でありますxi

(n−1)s2σ2∼χn−12

どこ真の分散です。χ 2 K分布が確率密度を有していますσ2χk2

p(x)=(1/2)k/2Γ(k/2)xk/2−1e−x/2

これを使用して、期待値を導出できます。s

E(s)=σ2n−1E(s2(n−1)σ2)=σ2n−1∫0∞x(1/2)(n−1)/2Γ((n−1)/2)x((n−1)/2)−1e−x/2 dx

s2(n−1)σ2χ2χ2

E(s)=σ2n−1∫0∞(1/2)(n−1)/2Γ(n−12)x(n/2)−1e−x/2 dx=σ2n−1⋅Γ(n/2)Γ(n−12)∫0∞(1/2)(n−1)/2Γ(n/2)x(n/2)−1e−x/2 dx=σ2n−1⋅Γ(n/2)Γ(n−12)⋅(1/2)(n−1)/2(1/2)n/2∫0∞(1/2)n/2Γ(n/2)x(n/2)−1e−x/2 dx⏟χn2 density

χn2

E(s)=σ⋅2n−1⋅Γ(n/2)Γ(n−12)

s

σ−E(s)=σ(1−2n−1⋅Γ(n/2)Γ(n−12))∼σ4n
n→∞

nnσ=11/4n

ここに画像の説明を入力してください


(4n)−1

あなたは本当にこのマクロを行うために多くの苦労をしました。約1分前にこの投稿を初めて見たとき、ジェンセンのルールを使用してバイアスを示すことを考えていましたが、誰かがすでにそれを行っていました。
— マイケルチャーニック

2
もちろん、これは標準偏差に偏りがあることを示すための丸い方法です-私は主に元のポスターの2番目の質問「標準偏差の期待値をどのように計算するのですか?」に答えていました。
— マクロ

2
sσk

2
skk

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s2=1n−1∑i=1n(xi−x¯)2
σ2
E(s2)<E(s2)=σ
s2σ2

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NRHの答えを補完するもので、Jensenの不平等をまだ研究していない学生のグループに誰かがこれを教えている場合、1つの方法はサンプルの標準偏差を定義することです

Sn=∑i=1n(Xi−X¯n)2n−1,
SnVar[Sn]≠0
0<Var[Sn]=E[Sn2]−E2[Sn]⇔E2[Sn]<E[Sn2]⇔E[Sn]<E[Sn2]=σ.
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