Bỏ qua nội dung

T.8 · Conditioning, Bayesian inference and sampling error

GRE Subject Test · GRE Mathematics · Chủ đề 21

21

Phạm vi và yêu cầu tiên quyết

Chuẩn bị GRE đại học. Mục tiêu cục bộ nằm trong phạm vi ETS đã xem xét; đây là giảng dạy nguyên bản, không phải bài thi chính thức hoặc dự đoán điểm số.

Tiền đề: Bảng xác suất, kỳ vọng, phương sai và mẫu độc lập.

  • Phân biệt xác suất điều kiện, đồng thời và biến cố độc lập
  • Tính xác suất hậu nghiệm với bảng tỷ lệ nền đầy đủ
  • Sử dụng phương sai và kích thước mẫu để tính sai số chuẩn của trung bình mẫu

xác suất hậu nghiệm: Xác suất điều kiện trên bằng chứng quan sát được sau khi đã tính đến các tỷ lệ tiên nghiệm.

sai số chuẩn: Độ lệch chuẩn của một thống kê qua nhiều lần lấy mẫu lặp lại.

Từ vựng Luyện tập
English Tiếng Việt
posterior probability/pɒˈstɪərɪə ˌprɒbəˈbɪlɪti/ xác suất hậu nghiệm
standard error/ˈstændəd ˈerə/ sai số chuẩn
21

Chọn và biện minh cho một phương pháp

Với P(B)>0, ta có P(A|B)=P(A∩B)/P(B): thu hẹp tập mẫu về B trước khi tính tỷ lệ trong A. Tính độc lập nghĩa là P(A∩B)=P(A)P(B), tương đương với P(A|B)=P(A) khi mẫu số khác không. Các biến cố loại trừ lẫn nhau với xác suất dương không thể độc lập, vì xác suất đồng thời của chúng bằng không. Sampling không thay thế thường làm thay đổi các xác suất sau; việc giữ nguyên mẫu số cho mỗi lần rút sẽ mô tả một thí nghiệm khác.

Xây dựng xác suất đồng thời bằng cách nhân tỷ lệ danh mục tiên nghiệm với xác suất điều kiện thích hợp. Nếu D là điều kiện và + là kết quả dương, P(D∩+)=P(D)P(+|D). Tổng xác suất dương là P(D)P(+|D)+P(not D)P(+|not D), vì chúng rời nhau và bao trùm mọi kết quả dương. Bayes chia xác suất đồng thời đầu tiên cho tổng này. Độ nhạy là P(+|D), trong khi độ đặc hiệu là P(−|not D); tỷ lệ dương tính giả là một trừ đi độ đặc hiệu.

Đối với bài kiểm tra giả thuyết với tỷ lệ mắc bệnh 2%, độ nhạy 90% và độ đặc hiệu 95%, hãy sử dụng quần thể 10,000 để rõ ràng. Trong 200 người có bệnh, 180 kết quả dương tính. Trong 9,800 người không có bệnh, 490 kết quả dương tính. Do đó 180 trong 670 kết quả dương tính có bệnh: hậu nghiệm 18/67, khoảng 26.9%. Đảo ngược điều kiện sẽ cho 90%, trả lời một câu hỏi khác. Đây là mô hình toán học, không phải khuyến nghị về quyết định lâm sàng.

Đối với các quan sát độc lập phân phối giống nhau (i.i.d) có phương sai hữu hạn σ², trung bình mẫu có kỳ vọng μ và phương sai σ²/n; sai số chuẩn của nó là σ/√n. Đây là độ phân tán của các trung bình mẫu lặp lại, không phải độ phân tán của các quan sát cá nhân. Khi tăng n gấp bốn lần thì sai số chuẩn giảm đi một nửa, chứ không phải giảm đi một phần tư. Dữ liệu từ tổng thể phân phối chuẩn cho trung bình chính xác theo phân phối chuẩn; nếu không, cần điều kiện và kích thước mẫu đủ lớn để áp dụng xấp xỉ giới hạn trung tâm. Tương quan làm vô hiệu hóa phép tính phương sai độc lập đơn giản.

Khám phá

The given group changes the denominator

$P(A\mid B)=n(A\cap B)/n(B),\quad n(B)>0$

Use the lesson’s table to compare a conditional probability, its reverse and a whole-cohort probability. The highlighted group is the denominator.

21

Ví dụ giải thích chi tiết

Giả sử P(A)=0.4, P(B)=0.5 và P(A∩B)=0.3. Khi đó P(A|B)=0.6, nên A và B không độc lập, vì 0.3≠0.4·0.5. Nếu một biến có độ lệch chuẩn 12, một mẫu độc lập có kích thước 36 có sai số chuẩn của trung bình là 2. Tăng kích thước mẫu lên 144 sẽ cho 1; độ lệch chuẩn của từng quan sát cá thể vẫn giữ nguyên là 12.

Bảng 1,000 mục dự kiến: 80 trong 100 bị lỗi và 45 trong 900 không bị lỗi cho kết quả dương tính, tổng cộng 125 kết quả dương tính
Cho kết quả dương tính, chia cho tất cả 125 kết quả dương tính: 80/125, không phải 80/100
Khám phá

Individual spread and sample-mean spread

$\mathrm{SD}(\bar X)=\sigma/\sqrt n$

Changing n changes the standard error, not the population standard deviation. Normal probabilities require an explicit distribution model.

21

Điều kiện và phản ví dụ

Đừng đảo ngược P(+|D) thành P(D|+). Bao gồm cả các trường hợp dương tính giả vào mẫu số của xác suất hậu nghiệm. Độ lệch chuẩn của các quan sát cá thể và sai số chuẩn của trung bình chúng có xu hướng phụ thuộc vào kích thước mẫu khác nhau.

21

Ứng dụng hướng dẫn

Trong một mô hình được nêu, 10% thiết bị bị lỗi. Một bài kiểm tra cho kết quả dương tính ở 80% thiết bị bị lỗi và 5% thiết bị không bị lỗi. Hãy tìm xác suất bị lỗi khi biết kết quả dương tính bằng cách sử dụng 1000 thiết bị dự kiến.

Giải mẫu

Số lượng dự kiến là 100 thiết bị bị lỗi và 900 thiết bị không bị lỗi. Số lượng dương tính tương ứng là $100(0.8)=80$ và $900(0.05)=45$. Nhóm có điều kiện chứa 125 kết quả dương tính, do đó

$$P(D\mid+)={80\over80+45}={16\over25}=0.64.$$
Số lượng âm tính 20 và 855 kiểm chứng tổng cột. Độ nhạy 0.8 là $P(+\mid D)$, không phải điều kiện đảo ngược được yêu cầu. Đây là các tỷ lệ mô hình minh họa, không phải tuyên bố hiệu suất đo lường.

21

Chuyển giao độc lập

Các quan sát độc lập có phương sai 25. Tìm sai số chuẩn của trung bình chúng với n=100. Nếu thay vào đó mỗi cặp khác biệt đều có hiệp phương sai 1, hãy tìm phương sai của trung bình. Việc tăng n gấp bốn lần có nhất thiết làm giảm sai số chuẩn đi một nửa trong mô hình thứ hai này không?

Kiểm tra sau khi đã làm

Tính độc lập dẫn đến $\operatorname{Var}(\overline X)=25/n$ và tại 100 sai số chuẩn là $5/10=0.5$. Với hiệp phương sai bằng một,

$$\operatorname{Var}(\overline X)=\frac{25n+n(n-1)}{n^2}=1+\frac{24}{n}.$$
Tại 100 nó bằng 1.24. Sai số chuẩn tiến tới 1 khi n tăng, thay vì tiến tới 0; việc nhân bốn n không nhất thiết làm giảm một nửa sai số này. Các số hạng hiệp phương sai chỉ được bỏ qua khi có sự không tương quan hợp lý, với tính độc lập là điều kiện đủ.

Bài học tương tác về chủ đề này

Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.

Nhiều chủ đề hơn trong GRE Subject Test · GRE Mathematics

Đăng nhập hoặc tạo tài khoản

IGCSE, A-Level & AP