Средняя ошибка выборки для доли пример

2.1. Средняя и предельная ошибки выборки. Построение доверительных границ для средней и доли

Средняя ошибка
выборки
показывает, насколько отклоняется в
среднем параметр выборочной
совокупности
от соответствующего параметра генеральной.
Если рассчитать среднюю из ошибок всех
возможных выборок определенного вида
заданного объема (n),
извлеченных из одной и той же генеральной
совокупности,
то получим их обобщающую характеристику

среднюю
ошибку выборки
().

В
теории выборочного наблюдения
выведены формулы для определения ,
которые индивидуальны для разных
способов отбора (повторного и
бесповторного), типов используемых
выборок и видов оцениваемых статистических
показателей.

Например, если
применяется повторная собственно
случайная выборка, то 
определяется как:

^{ при
оценивании среднего значения признака;}

^{ если
признак альтернативный, и оценивается
доля.}

^{При бесповторном
собственно случайном отборе в формулы
вносится поправка}

^{ для
среднего значения признака;}

^{ для
доли.}

Вероятность
получения именно такой величины ошибки
всегда равна 0,683. На практике же
предпочитают получать данные с большей
вероятностью, но это приводит к возрастанию
величины ошибки выборки.

Предельная
ошибка выборки ()
равна t-кратному
числу средних ошибок выборки (в теории
выборки принято коэффициент t
называть
коэффициентом доверия):

  t
.

Если ошибку выборки
увеличить в два раза (t

2), то получим гораздо большую вероятность
того, что она не превысит определенного
предела (в нашем случае 
двойной средней ошибки) 
0,954. Если взять t

3, то доверительная вероятность составит
0,997 
практически достоверность.

Уровень предельной
ошибки выборки зависит от следующих
факторов:

 степени вариации
единиц генеральной совокупности;

 объема выборки;

 выбранных схем
отбора (бесповторный отбор дает меньшую
величину ошибки);

 уровня
доверительной вероятности.

Если объем выборки
больше 30, то значение t
определяется по таблице нормального
распределения, если меньше 
по таблице распределения Стьюдента
(Приложение
1).

Приведем некоторые
значения коэффициента доверия из таблицы
нормального распределения.

Доверительный
интервал для среднего значения признака
и для доли в генеральной
совокупности
устанавливается следующим образом:

Итак, определение
границ генеральной средней и доли
состоит из следующих этапов:

 нахождение в
выборке среднего значения признака
(или доли);

 определение 
в соответствии с выбранной схемой отбора
и вида выборки;

 задание
доверительной вероятности Р
и определение коэффициента доверия t
по
соответствующей таблице;

 вычисление
предельной ошибки выборки ;

 построение
доверительного интервала для средней
(или доли).

Ошибки выборки
при различных видах отбора

1. Собственно
случайная и механическая выборка.
Средняя
ошибка собственно случайной и механической
выборки находятся по формулам,
представленным в табл. 11.1.

Таблица 1

Формулы для
расчета средней ошибки
собственно
случайной и механической выборки ()

где
²

дисперсия
признака в выборочной совокупности.

Пример 2. Для
изучения уровня фондоотдачи было
проведено выборочное обследование 90
предприятий из 225 методом случайной
повторной выборки, в результате которого
получены данные, представленные в
таблице.

В рассматриваемом
примере имеем 40%-ную выборку (90 : 225 
0,4, или 40%). Определим ее предельную ошибку
и границы для среднего значения признака
в генеральной совокупности по шагам
алгоритма:

1. По результатам
выборочного обследования рассчитаем
среднее значение и дисперсию в выборочной
совокупности:

Выборочная средняя

Выборочная
дисперсия изучаемого признака

2. Определяем
среднюю ошибку повторной случайной
выборки

3. Зададим
вероятность, на уровне которой будем
говорить о величине предельной ошибки
выборки. Чаще всего она принимается
равной 0,999; 0,997; 0,954.

Для наших данных
определим предельную ошибку выборки,
например, с вероятностью 0,954. По таблице
значений вероятности функции нормального
распределения (см. выдержку из нее,
приведенную в Приложении 1) находим
величину коэффициента доверия t,
соответствующего вероятности 0,954. При
вероятности 0,954 коэффициент t
равен 2.

4. Предельная
ошибка выборки с вероятностью 0,954 равна

5. Найдем доверительные
границы для среднего значения уровня
фондоотдачи в генеральной совокупности

Таким образом, в
954 случаях из 1000 среднее значение
фондоотдачи будет не выше 1,88 руб. и не
ниже 1,74 руб.

Выше была
использована повторная схема случайного
отбора. Посмотрим, изменятся ли результаты
обследования, если предположить, что
отбор осуществлялся по схеме бесповторного
отбора. В этом случае расчет средней
ошибки проводится по формуле

Тогда при вероятности
равной 0,954 величина предельной ошибки
выборки составит:

Доверительные
границы для среднего значения признака
при бесповторном случайном отборе будут
иметь следующие значения:

Сравнив результаты
двух схем отбора, можно сделать вывод
о том, что применение бесповторной
случайной выборки дает более точные
результаты по сравнению с применением
повторного отбора при одной и той же
доверительной вероятности. При этом,
чем больше объем выборки, тем существеннее
сужаются границы значений средней при
переходе от одной схемы отбора к другой.

По данным примера
определим, в каких границах находится
доля предприятий с уровнем фондоотдачи,
не превышающим значения 2,0 руб., в
генеральной совокупности:

1) рассчитаем
выборочную долю.

Количество
предприятий в выборке с уровнем
фондоотдачи, не превышающим значения
2,0 руб., составляет 60 единиц. Тогда

m

60, n

90, w

m/n

60 : 90 
0,667;

2) рассчитаем
дисперсию доли в выборочной совокупности

_w²

w(1

w)

0,667(1 
0,667) 
0,222;

3) средняя ошибка
выборки при использовании повторной
схемы отбора составит

Если предположить,
что была использована бесповторная
схема отбора, то средняя ошибка выборки
с учетом поправки на конечность
совокупности составит

4) зададим
доверительную вероятность и определим
предельную ошибку выборки.

При значении
вероятности Р

0,997 по таблице нормального распределения
получаем значение для коэффициента
доверия t

3 (см. выдержку из нее, приведенную в
Приложении 1):

5) установим границы
для генеральной доли с вероятностью
0,997:

Таким образом, с
вероятностью 0,997 можно утверждать, что
в генеральной совокупности доля
предприятий с уровнем фондоотдачи, не
превышающим значения 2,0 руб., не меньше,
чем 54,7%, и не больше 78,7%.

2. Типическая
выборка. При
типической выборке генеральная
совокупность объектов разбита на k
групп, тогда

N₁

N₂

… 
N_i

… 
N_k

N.

Объем извлекаемых
из каждой типической группы единиц
зависит от принятого способа отбора;
их общее количество образует необходимый
объем выборки

n₁

n₂

… 
n_i

… 
n_k

n.

Существуют
следующие два способа организации
отбора внутри типической группы:
пропорциональной объему типических
групп и пропорциональной степени
колеблемости значений признака у единиц
наблюдения в группах. Рассмотрим первый
из них, как наиболее часто используемый.

Отбор, пропорциональный
объему типических групп, предполагает,
что в каждой из них будет отобрано
следующее число единиц совокупности:

где n_i

количество извлекаемых единиц для
выборки из i-й
типической группы;

n

общий объем выборки;

N_i

количество единиц генеральной
совокупности, составивших i-ю
типическую группу;

N

общее количество единиц генеральной
совокупности.

Отбор единиц
внутри групп происходит в виде случайной
или механической выборки.

Формулы для
оценивания средней ошибки выборки для
среднего и доли представлены в табл.
11.2.

Таблица 2

Формулы для
расчета средней ошибки выборки ()
при использовании типического отбора,
пропорционального объему типических
групп

<sup>Здесь


средняя из групповых дисперсий типических
групп</sup>.

Пример 3. В
одном из московских вузов проведено
выборочное обследование студентов с
целью определения показателя средней
посещаемости вузовской библиотеки
одним студентом за семестр. Для этого
была использована 5%-ная бесповторная
типическая выборка, типические группы
которой соответствуют номеру курса.
При отборе, пропорциональном объему
типических групп, получены следующие
данные:

Число студентов,
которое необходимо обследовать на
каждом курсе, рассчитаем следующим
образом:

 общий объем
выборочной совокупности:

 количество
единиц, отобранных из каждой типической
группы:

аналогично для
других групп:

п₂

31 (чел.);

п₃

29 (чел.);

п₄

18 (чел.);

п₅

17 (чел.).

Проведем необходимые
расчеты.

1. Выборочная
средняя, исходя из значений средних
типических групп, составит:

2. Средняя из
внутригрупповых дисперсий

3. Средняя ошибка
выборки:

С вероятностью
0,954 находим предельную ошибку выборки:

4. Доверительные
границы для среднего значения признака
в генеральной совокупности:

Таким образом, с
вероятностью 0,954 можно утверждать, что
один студент за семестр посещает
вузовскую библиотеку в среднем от семи
до девяти раз.

3.
Малая выборка. В
связи с небольшим объемом выборочной
совокупности
те формулы для определения ошибок
выборки,
которые использовались нами ранее при
«больших» выборках, становятся
неподходящими и требуют корректировки.

Среднюю ошибку
малой выборки
определяют по формуле

Предельная
ошибка малой выборки:

Распределение
значений выборочных средних всегда
имеет нормальный закон распределения
(или приближается к нему) при п

100, независимо от характера распределения
генеральной
совокупности.
Однако в случае малых выборок действует
иной закон распределения 
распределение Стьюдента.
В этом случае коэффициент доверия
находится по таблице t-распределения
Стьюдента в зависимости от величины
доверительной вероятности Р
и объема выборки п.
В Приложении
1
приводится фрагмент таблицы t-распределения
Стьюдента, представленной в виде
зависимости доверительной вероятности
от объема выборки и коэффициента доверия
t.

Пример 4.
Предположим,
что выборочное обследование восьми
студентов академии показало, что на
подготовку к контрольной работе по
статистике они затратили следующее
количество часов: 8,5; 8,0; 7,8; 9,0; 7,2; 6,2; 8,4;
6,6.

Оценим выборочные
средние затраты времени и построим
доверительный интервал для среднего
значения признака в генеральной
совокупности, приняв доверительную
вероятность равной 0,95.

1. Среднее значение
признака в выборке равно

2. Значение среднего
квадратического отклонения составляет

3. Средняя ошибка
выборки:

4. Значение
коэффициента доверия t

2,365 для п

8 и Р

0,95 (Приложение 1).

5. Предельная
ошибка выборки:

6. Доверительный
интервал для среднего значения признака
в генеральной совокупности:

То есть с вероятностью
0,95 можно утверждать, что затраты времени
студента на подготовку к контрольной
работе находятся в пределах от 6,9 до 8,5
ч.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

При обследовании 500 образцов изделий, отобранных из партии готовой продукции предприятия в случайном порядке, 40 оказались нестандартными.

С вероятностью 0,954 определите пределы, в которых находится доля нестандартной продукции, выпускаемой заводом.

Решение:

Рассчитаем долю нестандартной продукции в выборочной совокупности:

Средняя ошибка выборочной доли при повторном отборе рассчитывается по формуле:

где n – численность выборки.

С вероятностью 0,954 рассчитаем предельную ошибку выборочной  доли по формуле:

Δ = μ × t

где

t – коэффициент доверия.

Значение коэффициента доверия t определяется в зависимости от того, с какой доверительной вероятностью надо гарантировать результаты выборочного наблюдения и берётся из готовых таблиц.

При Р = 0,954, t = 2.

Δ = t * μ = 2 * 0,012 = 0,024

С вероятностью 0,954 можно утверждать, что доля нестандартной продукции в партии товара колеблется:

ω – Δ ˂ р ˂ ω + Δ

0,08 – 0,02 ˂ р ˂ 0,08+0,02

0,06 ˂ р ˂ 0,10

или

6% ˂ р ˂ 10%

Повторный и бесповторный отбор.
Ошибка выборки

Краткая теория

---

На основании выборочных данных дается оценка статистических
показателей по всей (генеральной) совокупности. Подобное возможно, если выборка
основывается на принципах случайности отбора и репрезентативности
(представительности) выборочных данных. Каждая единица генеральной совокупности
должна иметь равную возможность (вероятность) попасть в выборку.

При формировании выборочной совокупности используются следующие
способы отбора: а) собственно-случайный отбор; б) механическая выборка; в)
типический (районированный) отбор; г) многоступенчатая (комбинированная)
выборка; д) моментно-выборочное наблюдение.

Выборка может осуществляться по схеме повторного и бесповторного
отбора.

В первом случае единицы совокупности, попавшие в выборку, снова
возвращаются в генеральную, а во втором случае – единицы совокупности, попавшие
в выборку, в генеральную совокупность уже не возвращаются.

Выборка может осуществляться отдельными единицами или сериями
(гнездами).

Собственно-случайная выборка

Отбор в этом случае производится либо по жребию, либо по таблицам
случайных чисел.

На основании приемов классической выборки решаются следующие
задачи:

а) определяются границы среднего значения показателя по генеральной
совокупности;

б) определяются границы доли признака по генеральной совокупности.

Предельная ошибка средней при собственно-случайном отборе
исчисляется по формулам:

а) при повторном отборе:

б) при бесповторном отборе:

где

 – численность выборочной совокупности;

 – численность генеральной совокупности;

 – дисперсия признака;

 – критерий кратности ошибки: при

;
при

;
при

.

Значения

 
определяются

по таблице функции Лапласа.

Границы (пределы) среднего значения признака по генеральной
совокупности определяются следующим неравенством:

где

 – среднее значение признака по выборочной
совокупности.

Предельная ошибка доли при собственно-случайном отборе определяется
по формулам:

а) при повторном отборе:

при бесповторном отборе:

где

 – доля единиц совокупности с заданным
значением признака в обзей численности выборки,

 – дисперсия доли признака.

Границы (пределы) доли признака по всей (генеральной) совокупности
определяются неравенством:

где

 – доля признака по генеральной совокупности.

Типическая (районированная) выборка

Особенность этого вида
выборки заключается в том, что предварительно генеральная совокупность по
признаку типизации разбивается на частные группы (типы, районы), а затем в
пределах этих групп производится выборка.

Предельная ошибка средней
при типическом бесповторном отборе определяется по формуле:

где

 – средняя из внутригрупповых дисперсий

 по каждой типичной группе.

При пропорциональном отборе из групп генеральной совокупности
средняя из внутригрупповых дисперсий определяется по формуле:

где

 – численности единиц совокупности групп по выборке.

Границы (пределы) средней по генеральной совокупности на основании
данных типической выборки определяются по тому же неравенству, что при
собственно-случайной выборке. Только предварительно необходимо вычислить общую
выборочную среднюю

 из частных выборочных средних

.
Для случая пропорционального отбора это определяется по формуле:

При непропорциональном отборе средняя из  внутригрупповых дисперсий вычисляется по
формуле:

где

 – численность единиц групп по генеральной
совокупности.

Общая выборочная средняя в этом случае определяется по формуле:

Предельная ошибка доли
признака при типическом бесповторном отборе определяется формулой:

Средняя дисперсия доли
признака из групповых дисперсий доли

 при
типической пропорциональной выборке вычисляется по формуле:

Средняя доля признака по
выборке из показателей групповых долей рассчитывается формуле:

Средняя дисперсия доли при
непропорциональном типическом отборе определяется следующим образом:

а средняя доля признака:

Формулы ошибок выборки при типическом повторном отборе будут те же,
то и для случая бесповторного отбора. Отличие заключается только в том, что в
них будет отсутствовать по корнем сомножитель

.

Серийная выборка

Серийная ошибка выборки
может применяться в двух вариантах:

а) объем серий различный

б) все серии имеют
одинаковое число единиц (равновеликие серии).

Наиболее распространенной
в практике статистических исследований является серийная выборка с
равновеликими сериями. Генеральная совокупность делится на одинаковые по объему
группы-серии

 и
производится отбор не единиц совокупности, а серий

. Группы (серии) для обследования отбирают в
случайном порядке или путем механической выборки как повторным, так и
бесповторными способами. Внутри каждой отобранной серии осуществляется сплошное
наблюдение. Предельные ошибки выборки

 при
серийном отборе исчисляются по формулам:

а) при повторном отборе

б) при бесповторном отборе

где

 – число
серий в генеральной совокупности;

 – число
отобранных серий;

 – межсерийная дисперсия, исчисляемая для случая равновеликих
серий по формуле:

где

 –
среднее значение признака в каждой из отобранных серий;

 – межсерийная
средняя, исчисляемая для случая равновеликих серий по формуле:

Определение численности выборочной совокупности

При проектировании
выборочного наблюдения важно наряду с организационными вопросами решить одну из
основных постановочных задач: какова должна быть необходимая численность
выборки с тем, чтобы с заданной степенью точности (вероятности) заранее
установленная ошибка выборки не была бы превзойдена.

Примеры решения задач

---

Задача 1

На основании результатов проведенного на заводе 5%
выборочного наблюдения (отбор случайный, бесповторный) получен следующий ряд
распределения рабочих по заработной плате:

Группы рабочих по размеру заработной платы, тыс.р.	до 200	200-240	240-280	280-320	320 и выше	Итого
Число рабочих	33	35	47	45	40	200

На основании приведенных данных определите:

1) с вероятностью 0,954 (t=2) возможные пределы, в которых
ожидается средняя заработная плата рабочего в целом по заводу (по генеральной
совокупности);

2) с вероятностью 0,997 (t=3) предельную ошибку и границы доли
рабочих с заработной платой от 320 тыс.руб. и выше.

Решение

На сайте можно заказать решение контрольной или самостоятельной работы, домашнего задания, отдельных задач. Для этого вам нужно только связаться со мной:

ВКонтакте
WhatsApp
Telegram

Мгновенная связь в любое время и на любом этапе заказа. Общение без посредников. Удобная и быстрая оплата переводом на карту СберБанка. Опыт работы более 25 лет.

Подробное решение в электронном виде (docx, pdf) получите точно в срок или раньше.

Вычислим среднюю з/п: Для этого просуммируем произведения середин
интервалов и соответствующих частот, и полученную сумму разделим на сумму
частот.

2) Выборочная дисперсия:

Найдем доверительный интервал для средней. Предельная ошибка выборочной
средней считается по формуле:

где

 —

аргумент функции Лапласа.  

Искомые возможные пределы, в которых ожидается средняя заработная плата
рабочего в целом по заводу:

Найдем доверительный интервал для выборочной доли. Предельная ошибка
выборочной доли считается по формуле:

Доля рабочих с з/п от 320 тыс.р.:

 

Искомые границы доли рабочих с заработной платой от 320 тыс.руб. и выше:

---

Задача 2

В
городе 23560 семей. В порядке механической выборки предполагается определить
количество семей в городе с числом детей трое и более. Какова должна быть
численность выборки, чтобы с вероятностью 0,954 ошибка выборки не превышала
0,02 человека. На основе предыдущих обследований известно, что дисперсия равна
0,3.

Решение

Численность
выборки можно найти по формуле:

В нашем случае:

Вывод к задаче

Таким образом численность
выборки должна составить 2661 чел.

---

Задача 3

С
целью определения средней месячной заработной платы персонала фирмы было
проведено 25%-ное выборочное обследование с отбором
единиц пропорционально численности типических групп. Для отбора сотрудников
внутри каждого филиала использовался механический отбор. Результаты
обследования представлены в следующей таблице:

Номер филиала	Средняя месячная заработная плата, руб.	Среднее квадратическое отклонение, руб.	Число сотрудников, чел.
1	870	40	30
2	1040	160	80
3	1260	190	140
4	1530	215	190

С
вероятностью 0,954 определите пределы средней месячной заработной платы всех
сотрудников гостиниц.

Решение

Предельная
ошибка выборочной средней:

Средняя
из внутригрупповых дисперсий:

Получаем:

Средняя
месячная заработная плата по всей совокупности филиалов:

Искомые
пределы средней месячной заработной платы:

Вывод к задаче

Таким
образом с вероятностью 0,954 средняя месячная заработная плата всех сотрудников
гостиниц находится в пределах от 1294,3 руб. до 1325,7 руб.