用Excel實現(xiàn)單個正態(tài)總體均值的假設(shè)檢驗

劉忠廣

(河南工程學(xué)院 工商管理學(xué)院，河南 鄭州 451191)

單個正態(tài)總體均值的假設(shè)檢驗可以用SPSS等專業(yè)統(tǒng)計軟件來實現(xiàn)，但這些專業(yè)統(tǒng)計軟件的普及性不夠.Excel軟件具有極強的普及性并且易于操作，其所帶的數(shù)據(jù)分析工具能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)處理的要求，但在進(jìn)行假設(shè)檢驗時，Excel的數(shù)據(jù)分析工具只提供了兩個總體參數(shù)檢驗的方法，而沒有專門的對單個總體均值進(jìn)行檢驗的現(xiàn)成工具，所以很有必要探討用Excel進(jìn)行單個正態(tài)總體均值檢驗的便捷方法.

1 單個正態(tài)總體均值檢驗的傳統(tǒng)方法

對于總體均值的檢驗按照以下步驟來進(jìn)行：(1)提出假設(shè)；(2)構(gòu)造檢驗統(tǒng)計量并計算統(tǒng)計量的值；(3)根據(jù)給定的顯著水平確定臨界值和拒絕域；(4)將統(tǒng)計量的值與臨界值進(jìn)行比較，做出決策.下面以實例來說明.

例某醫(yī)生調(diào)查了20個難產(chǎn)嬰兒的出生體重，數(shù)據(jù)如下(單位為kg)：3.88，3.31，3.34，3.82，3.30，3.16，3.84，3.10，3.90，3.18，3.05，3.22，3.28，3.34，3.62，3.28，3.30，3.22，3.54，3.30.已知一般嬰兒的平均出生體重為3.25 kg，能否認(rèn)為難產(chǎn)嬰兒的出生體重顯著大于一般嬰兒(給定顯著水平α=0.05).

解(1)提出假設(shè)：H0∶μ=3.25,H1∶μ>3.25.

(2)構(gòu)造檢驗統(tǒng)計量并計算統(tǒng)計量的值.

(3)根據(jù)α=0.05，查自由度為19的t分布表得臨界值為1.729.

(4)將統(tǒng)計量的值與臨界值進(jìn)行比較，統(tǒng)計量t=2.476>1.729，故拒絕原假設(shè)，認(rèn)為難產(chǎn)嬰兒的出生體重顯著大于一般嬰兒.檢驗結(jié)果見圖1.

圖1 檢驗結(jié)果Fig.1 Result of the test

2 利用Excel的函數(shù)工具進(jìn)行檢驗

(1)構(gòu)造工作表[1]. 在單元格A1輸入“難產(chǎn)嬰兒出生體重”，在A2～A21輸入上例中的數(shù)據(jù)，在B2和C2分別輸入“總體均值的假設(shè)值”和“3.25”；在B3和C3分別輸入“置信水平”和“0.95”；在B6,B7和B8分別輸入“檢驗統(tǒng)計量t”,“t臨界值(右側(cè)檢驗)”和“p值”，如圖1所示. C6,C7和C8的數(shù)值由下面的函數(shù)工具計算.(2)計算檢驗統(tǒng)計量.在C6單元格輸入公式：“=(average(A2∶A21)-C2)/stdev(A2∶A21)/sqrt(count(A2∶A21))”.(3)計算臨界值tα，在C7單元格輸入公式“=tinv((1-C4),count(A2∶A21)-1)”.(4)計算p值，在C8單元格輸入公式“=tdist(C6,count(A2∶A21)-1,1)”.(5)根據(jù)以上的計算結(jié)果，p值(0.011 426)< 0.05(或統(tǒng)計量t=2.476>1.729 1)，故拒絕原假設(shè)，認(rèn)為難產(chǎn)嬰兒的出生體重顯著大于一般嬰兒.

3 證明兩個總體均值之差檢驗的特殊情形和單個正態(tài)總體均值檢驗的一致性

3.1 兩個總體均值之差檢驗的檢驗統(tǒng)計量和自由度的確定

在對兩個總體均值之差檢驗時，原假設(shè)和備擇假設(shè)分別有如下幾種情況：(1)H0∶μ1-μ2=0，H1∶μ1-μ2≠0；(2)H0∶μ1-μ2≥0，H1∶μ1-μ2<0；(3)H0∶μ1-μ2≤0，H1∶μ1-μ2>0.

使用的檢驗統(tǒng)計量為

(1)

自由度為

(2)

3.2 兩個總體均值之差檢驗特殊情形下的檢驗統(tǒng)計量和自由度的確定

現(xiàn)在考慮一種特殊的情形，假設(shè)總體2的各個值均為μ0，那么從總體2中抽取的若干個體組成的樣本2的各個值也均為μ0，則樣本2的均值和方差分別為

(3)

(4)

將式(3)和式(4)代入式(1)和式(2)，則檢驗統(tǒng)計量為

(5)

自由度為

(6)

3.3 單個總體均值檢驗時的檢驗統(tǒng)計量和自由度的確定

在僅對總體1的均值進(jìn)行檢驗時，原假設(shè)和備擇假設(shè)分別為

(1)H0∶μ1=μ0，H1∶μ1≠μ0；(2)H0∶μ1≥μ0，H1∶μ1<μ0；(3)H0∶μ1≤μ0，H1∶μ1>μ0.

圖2 Excel數(shù)據(jù)Fig.2 Excel data

故上述內(nèi)容證明了單個正態(tài)總體均值的檢驗和對兩個總體均值之差檢驗的特殊情形(其中一個總體的各個體的值均相等)是一致的,所以對單個總體均值的檢驗可以利用Excel中的數(shù)據(jù)分析來實現(xiàn).

4 實例操作

打開Excel，在單元格A1輸入“難產(chǎn)嬰兒出生體重”，將上例中的20個數(shù)據(jù)輸入到工作表的A2～A21；在單元格B1輸入“一般嬰兒出生體重”，B2單元格輸入3.25，再將3.25復(fù)制粘貼幾次即可(最少要有2個數(shù)據(jù)，因為只有一個數(shù)據(jù)時無法計算方差,本例為2個數(shù)據(jù))，如圖2所示，然后按如下步驟操作：

(1)選擇【工具】下拉菜單；(2)選擇【數(shù)據(jù)分析】選項；(3)在分析工具中選擇【t檢驗，雙樣本異方差檢驗】；(4)當(dāng)出現(xiàn)對話模型時,在【變量1的區(qū)域】方框內(nèi)輸入數(shù)據(jù)區(qū)域A1∶A15,在【變量2的區(qū)域】方框內(nèi)輸入數(shù)據(jù)區(qū)域B1∶B3,在【假設(shè)的平均差】方框內(nèi)輸入0,在【標(biāo)志】前的方框內(nèi)打上“√”,在【ɑ】方框內(nèi)輸入0.05,在【輸出選項】中選擇輸出區(qū)域(本例中選擇“新工作表”)，如圖3所示.然后選擇【確定】，輸出結(jié)果如圖4所示.

根據(jù)圖4中的結(jié)果可知，p值單尾(0.011 426)<0.05(或檢驗統(tǒng)計量t=2.476>單尾臨界值1.729 1)，故拒絕原假設(shè)，認(rèn)為難產(chǎn)嬰兒的出生體重顯著大于一般嬰兒.

圖3 Excel工作表Fig.3 Excel work chart

圖4 Excel輸出Fig.4 Excel output

參考文獻(xiàn)：

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