| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
VAR-1 | VAR-1.H |
|
分类数据的推断:比例
AP 统计学 · 第 6 主题
6.1
统计学导论:为什么要用正态?
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
因为一个样本比例 $\hat{p}$ 近似正态分布(当条件成立时),我们能以标准误测量一个样本结果离一个宣称的值多远,并把那转成一个概率。这正是使推断(inference)——从一个样本得出关于一个总体的结论——成为可能的东西。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| inference | 推断 | tuī duàn |
6.2
构建总体比例的置信区间
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
UNC-4 | UNC-4.A |
|
UNC-4.B |
| |
UNC-4.C |
| |
UNC-4.D |
| |
UNC-4.E |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个置信区间(confidence interval)把参数估计为一个范围:统计量 $\pm$ 误差幅度(margin of error)。

Worked example. 在一个 $200$ 人的随机样本里,$120$ 个支持一项政策,所以 $\hat{p}=0.60$。一个 $95\%$ 区间用 $z^*=1.96$:

选择样本量。 要让误差幅度不大于一个目标 $m$,令 $z^{*}\sqrt{\dfrac{\hat p(1-\hat p)}{n}}\le m$ 并解出 $n$。当你没有 $\hat p$ 的估计时,用 $\hat p=0.5$:它使 $\hat p(1-\hat p)$ 尽可能大,给出安全的(最大的)所需样本量。总是把结果向上取整到下一个整人数。
Worked example. 要一个误差幅度至多 $0.03$ 的 $95\%$ 区间,你必须调查多少人?用 $\hat p=0.5$ 和 $z^*=1.96$:
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| confidence interval | 置信区间 | zhì xìn qū jiān |
| margin of error | 误差幅度 | wù chā fú dù |
| confidence level | 置信水平 | zhì xìn shuǐ píng |
6.3
基于总体比例置信区间论证结论
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
UNC-4 | UNC-4.F |
|
UNC-4.G |
| |
UNC-4.H |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
要判断一个宣称的值:若它落在区间内,数据与它一致;若它落在外,数据给出反对它的证据。基于这些可信的值是否包含这个宣称、在上下文里得出结论。
6.4
建立总体比例的检验
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
VAR-6 | VAR-6.D |
|
VAR-6.E |
| |
VAR-6.F |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个显著性检验(significance test)权衡反对一个宣称的证据。陈述一个关于参数 $p$ 的原假设(null hypothesis)$H_0$ 和一个备择假设(alternative hypothesis)$H_a$:
Worked example. 一个公司宣称 $90\%$ 满意度($p_0=0.90$);一个 $100$ 的样本发现 $84$ 个满意($\hat{p}=0.84$)。在 $\alpha=0.05$ 检验 $H_0:p=0.90$ 对 $H_a:p\neq0.90$:

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| significance test | 显著性检验 | xiǎn zhù xìng jiǎn yàn |
| null hypothesis | 原假设 | yuán jiǎ shè |
| alternative hypothesis | 备择假设 | bèi zé jiǎ shè |
| test statistic | 检验统计量 | jiǎn yàn tǒng jì liàng |
6.5
解释 p 值
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
VAR-6 | VAR-6.G |
|
DAT-3 | DAT-3.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
$p$ 值(p-value)是得到一个与观测的一样极端或更极端的样本结果的概率,假设 $H_0$ 为真。一个小的 $p$ 值意味着若 $H_0$ 成立数据会令人惊讶——反对 $H_0$ 的证据。它不是 $H_0$ 为真的概率。
A p-value as a tail area
A p-value is the probability, if the null hypothesis were true, of a result at least this extreme — the shaded tail area. Small p-values cast doubt on the null.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| p-value | P值 | P zhí |
6.6
得出总体比例检验的结论
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
DAT-3 | DAT-3.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
把 $p$ 值与显著性水平(significance level)$\alpha$(常常 $0.05$)比较:
- $p\le\alpha$:拒绝 $H_0$ ——有令人信服的证据支持 $H_a$。
- $p>\alpha$:未能拒绝 $H_0$ ——支持 $H_a$ 的证据不够(永不"接受 $H_0$")。
总是在上下文里、连回这个宣称地写结论。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| significance level | 显著性水平 | xiǎn zhù xìng shuǐ píng |
6.7
进行检验时的潜在错误
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
UNC-5 | UNC-5.A |
|
UNC-5.B |
| |
UNC-5.C |
| |
UNC-5.D |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
- 一个第一类错误(Type I error):拒绝一个真的 $H_0$(一个假警报)。它的概率是 $\alpha$。
- 一个第二类错误(Type II error):未能拒绝一个假的 $H_0$(一个漏检)。它的概率是 $\beta$。
- 检验效能(power)$=1-\beta$ 是正确地检测一个真实效果的机会。效能随一个更大的样本、一个更大的效果,或一个更大的 $\alpha$ 上升。
在问题的上下文里描述每个错误和它的后果。
Two ways a test can be wrong
A Type I error rejects a true null (false alarm); a Type II error keeps a false null (a miss). Lowering one usually raises the other.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Type I error | 第一类错误 | dì yī lèi cuò wù |
| Type II error | 第二类错误 | dì èr lèi cuò wù |
| power | 检验效能 | jiǎn yàn xiào néng |
6.8
两个比例之差的置信区间
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
UNC-4 | UNC-4.I |
|
UNC-4.J |
| |
UNC-4.K |
| |
UNC-4.L |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
要比较两个比例,估计 $p_1-p_2$:
6.9
基于两个总体比例之差的置信区间论证结论
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
UNC-4 | UNC-4.M |
|
UNC-4.N |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
若 $p_1-p_2$ 的区间包含 $0$,数据与没有差异一致;若它整个在 $0$ 之上或之下,有一个差异的证据(在那个方向)。陈述方向和上下文。
6.10
建立两个总体比例之差的检验
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
VAR-6 | VAR-6.H |
|
VAR-6.I |
| |
VAR-6.J |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
假设比较两个比例:$H_0: p_1=p_2$ 对 $H_a: p_1\neq p_2$(或 $<,>$)。因为 $H_0$ 说比例相等,用一个合并(combined,pooled)样本比例 $\hat p_c=\dfrac{\text{total successes}}{\text{total sample size}}$ 来估计共同的 $p$。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| combined (pooled) | 合并 | hé bìng |
6.11
执行两个总体比例之差的检验
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
VAR-6 | VAR-6.K |
|
DAT-3 | DAT-3.C |
|
DAT-3.D |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
合并的两比例 $z$ 统计量:
6.11
考试技巧
- 在任何比例推断前陈述条件(随机、10%、大计数 $np,\,nq\ge10$)。
- 一个置信区间 = 估计 $\pm$ 误差幅度;"95% 信心"指方法的长期捕获率。
- 对一个检验,写 $H_0$ 和 $H_a$、计算检验统计量、求 p 值,并与 $\alpha$ 比较。
- 一个小的 p 值是反对 $H_0$ 的证据;未能拒绝并不证明 $H_0$。
- 更大的样本缩小误差幅度;一个更高的置信水平加宽它。
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