§10. Критерий согласия Пирсона Проверка гипотезы о нормальном распределении

Критерием согласия называется критерий проверки гипотезы о предполагаемом законе распределения.

Критерий согласия Пирсона (критерий проверки гипотезы о нормальном распределении генеральной совокупности):

1. По выборке объема n построить статистический ряд:

xi	x1	x2	…	xl
mi	m1	m2	…	ml

2) Вычислить по таблице оценку математического ожидания и выборочное среднее квадратическое отклонение σ_в.

3) В предположении нормального распределения генеральной совокупности вычислить теоретические частоты m_{1 теор} ,…, m_{l теор} по формуле:

m_{1 теор}=n · p_i ,

где Ф(x) – интегральная функция распределения Лапласа  табл. П 2.2(см. приложение 2).

4) Вычислить число χ²_набл по формуле:

χ²_набл = илиχ²_набл =.

5) По табл. П 2.5 (приложение 2) найти число χ²_крит , учитывая заданный уровень значимости α и число степеней свободы k = l – 3 .

6) Сравнить числа χ²_набл и χ²_{крит :}

• если χ²_набл < χ²_крит , то нет основания отвергать гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности.

• если χ²_набл > χ²_крит , то гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности следует отвергнуть.

Замечание 1. Объем выборки n должен быть достаточно велик (больше 100). Число l обычно выбирают в диапазоне от 7 до 15. Поэтому при составлении интервального статистического ряда не используют интервалы, содержащие малое число значений объединяя их в один и суммируя соответствующее число значений.

Замечание 2. В случае χ²_набл < χ²_крит , для избежания ошибки первого рода следует повторить опыт, увеличив число n.

Замечание 3. При использовании критерия Пирсона с целью систематизации записи рекомендуется записывать все промежуточные вычисления в виде следующей таблицы:

№	xi	mi	mi2	mi теор
1
2
…
l
∑		n		n	χ2набл

Задачи с решениями

Задача 10.1. Отделом технического контроля качества продукции произведен выбор 200 деталей для измерения отклонений их действительного диаметра от планируемого. Данные измерений приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

[ai ; ai+1)	mi
[–20 ; –15)	7
[–15 ; –10)	11
[–10 ; –5)	15
[–5 ; 0)	24
[0 ; 5)	49
[5 ; 10)	41
[10 ; 15)	26
[15 ; 20)	17
[20 ; 25)	7
[25 ; 30)	3

Оценить с помощью критерия Пирсона гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности при уровне значимости α = 0,05 .

Решение. Перейдем от интервального статистического ряда к статистическому ряду, заменив каждый промежуток [a_i ; a_i+1) его средним значением . Получаем табл. 10.2.

По табл. 10.2 вычислим математическое ожидание , дисперсиюD_в и среднее квадратическое отклонение σ_в :

Таблица 10.2

	mi
17,5	7
12,5	11
7,5	15
2,5	24
2,5	49
7,5	41
12,5	26
17,5	17
22,5	7
27,5	3

По табл. 10.2 вычислим математическое ожидание , дисперсиюD_в и среднее квадратическое отклонение σ_в :

=

=

+=;

D_в=

=

+=;

σ_в.==9,71.

3. Дальнейшие вычисления выполним по алгоритму критерия согласия Пирсона и оформим их в виде табл. 10.3, причем x₁= – ∞, x₉= +∞ .

Таблица 10.3

№	xi	mi	mi2	pi	mi теор= =200 · pi
1	17,5	7	49	0,0233	4,66	10,52
2	12,5	11	121	0,0475	9,5	12,74
3	7,5	15	225	0,0977	19,54	11,52
4	2,5	24	576	0,1615	32,3	17,83
5	2,5	49	2401	0,1979	39,58	60,66
6	7,5	41	1681	0,1945	38,9	43,22
7	12,5	26	676	0,1419	28,38	23,82
8	17,5	17	289	0,0831	16,62	17,39
9	27,5	10	100	0,0526	10,52	9,51
∑		200			200	207,21

Следовательно, находим χ²_набл = 207,21 – 200 = 7,21.

Из табл. П 2.5 (приложение 2) с учетом значений α = 0,05 k = l – 3 = 6 находим: χ²_набл =12,6.

Так как 7,21 < 12,6, т.е. χ²_набл < χ²_крит , то нет основания отвергать гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности.

Ответ: принимаем гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности.

Задача 10.2. В результате контрольных испытаний из генеральной совокупности взята выборка объема n=200 :

Таблица 10.4

xi	6	8	10	12	14	16	18	20	22
mi	16	24	28	32	25	24	20	18	15

Оценить с помощью критерия Пирсона гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности при уровне значимости α = 0,01.

Решение. 1) По табл. 10.4 вычислим выборочные математическое ожидание , дисперсиюD_в и среднее квадратическое отклонение σ_в:

=

=

;

D_в=

=

;

σ_в.==4,51.

2) Дальнейшие вычисления выполним по алгоритму критерия согласия Пирсона и оформим их в виде табл. 10.5.

Таблица 10.5

№	xi	mi	mi2	pi	mi теор = =200 · pi
1	6	16	256	0,0446	8,92	28,70
2	8	24	576	0,0592	11,84	48,65
3	10	28	784	0,1023	20,46	38,32
4	12	32	1024	0,1496	29,92	34,23
5	14	25	625	0,1722	34,44	18,15
6	16	24	576	0,1671	33,42	17,24
7	18	20	400	0,1339	26,78	14,94
8	20	18	324	0,0903	18,06	17,94
9	22	15	225	0,0808	16,16	13,92
∑		200		1	200	232,09

Следовательно, находим: χ²_набл =232,09 – 200 = 32,09 .

Из табл. 10.5 (приложение 2) с учетом значений α = 0,01 k = l – 3 = 6 находим: χ²_крит =16,8. Так как 32,09 >16,8 , то χ²_набл > χ²_крит . Следовательно, отвергаем гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности.

Ответ: отвергаем гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности.

Задача 10.3. Используя критерий Пирсона, при уровне значимости α=0,05 установить, случайно или значимо расхождение между эмпирическими частотами m_i и теоретическими частотами m_{i теор} ,которые вычислены, исходя их гипотезы о нормальном распределении генеральной совокупности:

mi	6	10	36	56	32	20	12	8
mi теор	4	9	25	60	35	24	14	9

Решение. 1) Найдем χ²_набл:

χ²_набл = =

=

Из табл. 10.5 (приложение 2) с учетом значений α = 0,05 k = 8– 3 = 5 находим: χ²_крит =11,1.

Так как 7,54 < 11,1 то χ²_набл < χ²_крит . Следовательно, нет основания отвергать гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности.

Ответ: расхождение случайное.

Задачи

10.1. Используя критерий Пирсона, при уровне значимости α = 0,05 установить, случайно или значимо расхождение между эмпирическими частотами m_i и теоретическими частотами m_{i теор} ,которые вычислены, исходя из гипотезы о нормальном распределении генеральной совокупности:

а)

mi	7	11	31	14	7
mi теор	6	15	30	14	5

б)

mi	10	17	23	31	29	20	12	8
mi теор	7	12	21	45	28	19	11	7

в)

mi	8	18	35	28	22	18	11
mi теор	5	11	28	43	31	16	6

10.2. Используя критерий Пирсона, при уровне значимости α = 0,05 проверить гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности по ее выборке объема n = 200 :

№	xi	mi
1	1,2	6
2	1,4	9
3	1,6	26
4	1,8	25
5	2,0	30
6	2,2	26
7	2,4	21
8	2,6	24
9	2,8	20
10	3,0	8
11	3,2	5

10.3. Используя критерий Пирсона, при уровне значимости α = 0,05 проверить гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности по ее выборке объема n=150 , собранной в интервальный статистический ряд:

[ai ; ai+1)	mi
[0 ; 4)	8
[4 ; 8)	12
[8 ; 12)	19
[12 ; 16)	42
[16 ; 20)	24
[20 ; 24)	20
[24 ; 28)	16
[28 ; 32]	9

10.4. Используя критерий Пирсона, при уровне значимости α = 0,05 проверить гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности по ее выборке:

10.5. Используя критерий Пирсона, при уровне значимости α = 0,05 проверить гипотезу о нормальном распределении генеральной совокупности по ее выборке:

Ответы

10.1. а) Расхождение частот случайное (χ²_набл = 2,07; χ²_крит = 6);

б) Расхождение частот случайное (χ²_набл = 8,23; χ²_крит = 11,1);

в) Расхождение частот значимое (χ²_набл = 20,26; χ²_крит = 9,5).

10.2. Гипотеза о нормальном распределении принимается

(χ²_набл = 7,71; χ²_крит = 15,5).

10.3. Гипотеза о нормальном распределении принимается

(χ²_набл = 8,065; χ²_крит = 15,1).

10.4. Гипотеза о нормальном распределении отвергается

(χ²_набл = 15,97; χ²_крит = 7,8).

10.5. Гипотеза о нормальном распределении отвергается

(χ²_набл = 15,46; χ²_крит = 13,3).