Elementy statystyki i metodologia prowadzenia badan...

51
Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania Elementy statystyki i metodologia prowadzenia badań statystycznych dla celów analizy finansowej Jan Acedański Uniwersytet Ekonomiczny w Katowicach Katedra Metod Statystyczno–Matematycznych w Ekonomii

Transcript of Elementy statystyki i metodologia prowadzenia badan...

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Elementy statystyki i metodologia prowadzeniabadań statystycznych dla celów analizy

    finansowej

    Jan AcedańskiUniwersytet Ekonomiczny w Katowicach

    Katedra Metod Statystyczno–Matematycznych w Ekonomii

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Statystyka — definicjaStatystyka — dyscyplina naukowa zajmująca się metodamizbierania, opracowywania i analizy danych dotyczących zjawiskmasowych

    Zjawiska masowe — procesy powtarzające się dużą liczbę razy

    Statystyka opisowa — zajmuje się opisem zjawisk lub zbiorowościprzy pomocy miar statystycznych (analiza struktury, dynamiki iwspółzależności)

    Wnioskowanie statystyczne — zajmuje się uogólnianiem wynikówuzyskanych na podstawie próby na całą populację wykorzystującprawa rachunku prawdopodobieństwa

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Statystyka - literatura

    • Starzyńska W., Statystyka praktyczna, PWN, Warszawa 2000• Sobczyk M., Statystyka, PWN, Warszawa 2015• Regel W., Podstawy statystyki w Excelu, PWN, Warszawa 2013• Kukuła K., Elementy statystyki w zadaniach, PWN, Warszawa

    2011• Hołda A., Pociecha J., Probabilistyczne metody badania

    sprawozdań finansowych, Wydawnictwo UEK w Krakowie,Kraków 2009

    • Węglarczyk S., Statystyka w Excelu, Wydawnictwo PolitechnikiKrakowskiej, Kraków 2012

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Etapy badania statystycznego1. Przygotowanie badania (cel, zakres, źródła informacji,

    przygotowanie kwestionariusza, szkolenie personelu, badaniepilotażowe)

    2. Obserwacja statystyczna (czyli zbieranie danych)3. Opracowanie surowego materiału statystycznego

    • Kontrola formalna (kompletności) i merytoryczna (brak błędówprzypadkowych i systematycznych)

    • Porządkowanie i grupowanie materiału statystycznego(tworzenie szeregów statystycznych)

    • Prezentacja materiału (w formie tabel lub wykresów)4. Analiza opracowanego materiału statystycznego

    • Analiza struktury• Analiza dynamiki• Analiza współzależności• Uogólnianie wyników z próby na całą populację

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Rodzaje szeregów statystycznych statystycznego

    • Szereg szczegółowy (wyliczający) — lista zaobserwowanychwartości badanej cechy

    • Szereg rozdzielczy punktowy — obserwacje zgrupowane wedługwartości badanej cechy

    • Szereg rozdzielczy przedziałowy — obserwacje zgrupowanewedług przedziałów wartości badanej cechy

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Skale pomiaru zmiennychSkale pomiarowe pokazują, z jaką „dokładnością” możliwy jestpomiar danego zjawiska (w jakim zakresie możliwe jestporównywanie uzyskanych wartości badanej zmiennej)

    • Skala nominalna: dwie wartości są albo takie same, albo różne,np. płeć, lokalizacja sklepu, rodzaj wyrobu

    • Skala porządkowa: można stwierdzić, która wartość jestwiększa, np. wykształcenie, stopień akceptacji pewnegostwierdzenia w badaniach ankietowych

    • Skala różnicowa: można stwierdzić, o ile dana wartość jestwiększa od innej, np. temperatura w st. Celsjusza, ilorazinteligencji

    • Skala ilorazowa: można stwierdzić, ile razy dana wartość jestwyższa od innej, np. przychód, zysk, cena

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Analiza struktury zjawisk

    • Miary tendencji centralnej — średnia harmoniczna, średniaarytmetyczna, dominanta, mediana

    • Pozycyjne miary położenia — kwartyle, percentyle• Miary zróżnicowania — rozstęp, odchylenie standardowe,

    odchylenie ćwiartkowe, współczynniki zmienności• Miary asymetrii — klasyczny współczynnik skośności,

    współczynnik asymetrii Pearsona

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Średnia harmonicznaŚrednia harmoniczna — obliczana dla wielkości stosunkowych(miar natężenia), gdy wagi wyrażone są w jednostkach licznikabadanej cechy

    Wersja prosta (dla szeregów szczegółowych):

    x̄h =n

    1x1 +

    1x2 + · · ·+

    1xn, (1)

    xi — wartości badanej cechy, n — liczba obserwacji

    Wersja ważona (dla szeregów rozdzielczych):

    x̄h =n1 + n2 + · · ·+ nkn1x1 +

    n2x2 + · · ·+

    nkxk, (2)

    ni — liczebności poszczególnych grup, k — liczba grup

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Średnia arytmetycznaŚrednia arytmetyczna — obliczana zarówno dla wielkościstosunkowych, gdy wagi wyrażone są w jednostkach mianownikajak i w pozostałych przypadkach, gdy nie stosowana jest średniageometryczna

    Wersja prosta (dla szeregów szczegółowych):

    x̄ = x1 + x2 + · · ·+ xnn , (3)

    Wersja ważona (dla szeregów rozdzielczych):

    x̄ = x1 · n1 + x2 · n2 + · · ·+ xn · nkn1 + n2 + · · ·+ nk, (4)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Dominanta i mediana

    Dominanta (moda) (D) — wartość występująca najczęściej

    Mediana — wartość środkowa, poniżej mediany znajduje się połowaobserwacji a powyżej jest druga połowa

    Me =

    x n+12 gdy n jest nieparzyste0,5 · (x n2

    + x n2+1

    )gdy n jest parzyste (5)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Miary poziomu przeciętnego — wady i zalety

    Średnia — uwzględnia wszystkie obserwacje (miara klasyczna) alenieodporna na obserwacje odstające, czasami nie nadaje się do opisutypowego obiektu, nie może być obliczona dla skal słabych

    Dominanta — nadaje się do opisu typowego obiektu, odporna naobserwacje odstające, ale czasami może nie być jednoznacznieokreślona oraz nie bierze pod uwagę wszystkich obserwacji (miarapozycyjna)

    Mediana — nadaje się do opisu typowego obiektu, odporna naobserwacje odstające, nie bierze pod uwagę wszystkich obserwacji(miara pozycyjna) oraz nie może być stosowana dla skali nominalnej

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Kwartyle i percentyle

    Kwartyl pierwszy (Q1) — dzieli zbiorowość w stosunku 1:3 (25%wartości poniżej Q1 i 75% powyżej)

    Kwartyl drugi (Q2) — mediana

    Kwartyl trzeci (Q3) — dzieli zbiorowość w stosunku 3:1 (75%wartości poniżej Q3 i 25% powyżej)

    Percentyl rzędu p — poniżej znajduje się p% obserwacji, a powyżej(1− p)%

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Miary zróżnicowania — rozstęp i odchylenie stand.Pokazują na ile obserwacje różnią się od pomiędzy sobą lub wstosunku do poziomu przeciętnego.

    Rozstęp — różnica między wartością maksymalną a minimalnąR = xmax − xminOdchylenie standardowe — mierzy średnie odchylenie od średniejarytmetycznej Wersja prosta (dla szeregów szczegółowych):

    s =√

    (x1 − x̄)2 + (x2 − x̄)2 + · · ·+ (xn − x̄)2n , (6)

    Wersja ważona (dla szeregów rozdzielczych):

    s =√

    (x1 − x̄)2 · n1 + (x2 − x̄)2 · n2 + · · ·+ (xk − x̄)2 · nkn1 + n2 + · · ·+ nk

    (7)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Odchylenie ćwiartkowe i współczynniki zmiennościOdchylenie ćwiartkowe — pozycyjny odpowiednik odchyleniastandardowego; mierzy zróżnicowanie z wyłączeniem 25%najmniejszych i 25% największych obserwacji:

    Q = Q3 − Q12 (8)

    Współczynniki zmienności — odnoszą poziom zróżnicowania dopoziomu przeciętnego badanego zjawiska:

    • klasyczny:Vs =

    sx̄ · 100% (9)

    • pozycyjny:VQ =

    QMe · 100% (10)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Miary zróżnicowania — podsumowanie

    Odchylenie standardowe — bierze pod uwagę wszystkieobserwacje, brak odporności na obserwacje odstające

    Odchylenie ćwiartkowe — odporne na obserwacje odstające,bazuje na wybranych obserwacjach pomijając skrajne, stąd zaniżazmienność

    Współczynniki zmienności — służą do porównywania zmiennościw różnych zbiorowościach lub dla różnych cech

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Interpretacja współczynników zmienności

    „Umowne” przedziały interpretacyjne dla współczynnikówzmienności:0-10% — małe, nieistotne zróżnicowanie10-40% — umiarkowane zróżnicowaniepow. 40% — silne zróżnicowanie

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Miary asymetriiPokazują, czy większość obserwacji jest poniżej (asymetriaprawostronna) czy powyżej średniej (asymetria lewostronna)

    Klasyczny współczynnik asymetrii (skośności):

    A = m3s3 , (11)

    m3 =(x1 − x̄)3 · n1 + (x2 − x̄)3 · n2 + · · ·+ (xk − x̄)3 · nk

    n1 + n2 + · · ·+ nk(12)

    Współczynnik asymetrii Pearsona:

    AP =x̄ − D

    s (13)

    Wartości dodatnie współczynników świadczą o asymetriiprawostronnej, a ujemne — o lewostronnej; im wartość jestbliższa 0, tym słabsza jest asymetria

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Analiza dynamiki — wprowadzenie

    Miary dynamiki służą do opisu zmian zachodzących w czasie.Wyróżnia się następujące metody analiz dynamiki:

    1. Analiza przyrostów2. Analiza indeksowa:

    • indeksy wielkości indywidualnych (np. sprzedaż w ujęciuilościowym, zysk)

    • indeksy agregatowe dla wielkości absolutnych (np. przychód)• indeksy agregatowe dla wielkości stosunkowych (np. wydajność

    pracy, wskaźnik rentowności, wskaźniki płynności)3. Analiza szeregów czasowych

    • trendy• wahania sezonowe

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Przyrosty

    • Przyrosty absolutne jednopodstawowe (względem pewnegookresu s): δt/s = yt − ys

    • Przyrosty absolutne łańcuchowe: δt/t−1 = yt − yt−1• Przyrosty względne jednopodstawowe: ∆t/s = yt−ysys• Przyrosty względne łańcuchowe: ∆t/t−1 = yt−yt−1yt−1

    Przyrosty absolutne wyrażone są w takich samych jednostkach jakbadana cecha, natomiast absolutne — w procentach (poprzemnożeniu przez 100%)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Indeksy wielkości indywidualnych• Jednopodstawowe (względem pewnego okresu s):

    it/s =ytys

    (14)

    • Łańcuchowe:it/t−1 =

    ytyt−1

    (15)

    Po odjęciu 1 i przemnożeniu przez 100% ((i − 1) · 100%) indeksyilustrują zmiany procentowe, a więc to samo, co przyrosty względne.

    Zależności pomiędzy przyrostami a indeksami:

    it/s = ∆t/s − 1, it/s =δt/sys− 1 (16)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Zamiana indeksów• Jednopodstawowe na łańcuchowe — trzeba podzielić przez

    siebie sąsiednie indeksy:

    it/t−1 =it/s

    it−1/s(17)

    • Łańcuchowe na jednopodstawowe:• gdy t > s — mnożymy przez siebie kolejne indeksy

    it/s = is+1/s · is+2/s+1 · · · · · it/t−1 (18)

    • gdy t < s — mnożymy przez siebie kolejne indeksy i bierzemyich odwrotność:

    it/s =1

    is/s−1 · is−1/s−2 · · · · · it+1/t(19)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Średnie tempo zmian zjawiska

    Średnie tempo zmian pomiędzy okresami 0 i t obliczamy jakośrednia geometryczna odpowiednich indeksów łańcuchowych:

    īg = t√

    i1/0 · i2/1 · · · · · it/t−1 = t√

    yty0

    = t√

    it/0 (20)

    Wartość (̄ig − 1) · 100% pokazuje, o ile procent z okresu na okresmusiał zmieniać się poziom badanego zjawiska, aby z poziomu y0 wokresie 0 dojść do poziomu yt w okresie t.

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Indeksy agregatowe wielkości absolutnych• Służą do badania dynamiki agregatów będących sumą

    iloczynów dwóch zmiennych (np. łącznych przychodów zesprzedaży kilku wyrobów obliczanych jako iloczyny ilościsprzedanych wyrobów i cen jednostkowych)

    • Pozwalają na oddzielną analizę wpływu każdego z czynników(ilości i cen) na zmianę poziomu badanego zjawiska

    • Agregatowy indeks wartości — pokazuje zmianę wartościsprzedaży pomiędzy dwoma okresami 0 i 1:

    Iw =p11q11 + p12q12 + · · ·+ p1kq1kp01q01 + p02q02 + · · ·+ p0kq0k

    =

    ∑ p1jq1j∑ p0jq0j (21)gdzie ptj oraz qtj oznaczają odpowiednio cenę oraz ilośćwyrobu j (j = 1, 2, . . . , k) sprzedanego w okresie t (t = 0, 1).

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Indeksy agregatowe ilości• Pokazują wpływ zmian ilości sprzedanych produktów na zmianę

    przychodów ze sprzedaży• Indeks ilości Paaschego (ilości z dwóch okresów, stałe ceny z

    okresu badanego):IPq =

    ∑ p1jq1j∑ p1jq0j (22)• Indeks ilości Laspeyresa (ilości z dwóch okresów, stałe ceny z

    okresu bazowego):ILq =

    ∑ p0jq1j∑ p0jq0j (23)• Indeks ilości Fishera:

    IFq =√

    IPq · ILq (24)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Indeksy agregatowe cen

    • Pokazują wpływ zmian cen jednostkowych sprzedanychproduktów na zmianę przychodów ze sprzedaży

    • Indeks cen Paaschego (ceny z dwóch okresów, stałe ilości zokresu badanego):

    IPp =∑ p1jq1j∑ p0jq1j (25)

    • Indeks cen Laspeyresa (ceny z dwóch okresów, stałe ilości zokresu bazowego):

    ILp =∑ p1jq0j∑ p0jq0j (26)

    • Indeks cen Fishera:IFp =

    √IPp · ILp (27)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Indeksy agregatowe — dodatkowe tożsamości

    Iw = IFp · ILq = ILp · IPq (28)

    p1jq0j = ipjp0jq0j p0jq1j =p1jq1j

    ip(29)

    ILq =w01iq1 + w02iq2 + · · ·+ w0k iqk

    w01 + w02 + · · ·+ w0k(30)

    ILp =w01ip1 + w02ip2 + · · ·+ w0k ipk

    w01 + w02 + · · ·+ w0k(31)

    IPq =w11 + w12 + · · ·+ w1kw11iq1 +

    w12iq2 + · · ·+

    w1kiqk

    (32)

    IPp =w11 + w12 + · · ·+ w1kw11ip1 +

    w12ip2 + · · ·+

    w1kipk

    (33)

    ipj , iqj — indywidualne indeksy cen i ilości dla wyrobu j , wtj = ptjqtj

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Indeksy agregatowe wielkości stosunkowych• Wskaźnik rotacji zapasów W = sprzedaż/zapasy• Wszechstronny indeks rotacji zapasów — pokazuje zmianę

    średniego wskaźnika rotacji w kilku działach przedsiębiorstwa:

    IW =W̄1W̄0

    , W̄t =wt1zt1 + wt2zt2 + · · ·+ wtkztk

    zt1 + zt2 + · · ·+ ztk(34)

    W̄t — średnia wskaźnik rotacji w okresie t, wtj — wskaźnikrotacji w dziale j , wtj — wartość zapasów w dziale j

    • Wpływ zmian wskaźników indywidualnej rotacji wposzczególnych działach oraz struktury zapasów nawszechstronny indeks rotacji można badać w podobny sposóbjak w przypadku wartości sprzedaży ustalając zawsze jedną ztych dwóch wielkości zgodnie z formułami Laspeyresa lubPaaschego.

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Linia trendu

    Linia trendu — opisuje teoretyczną zależność pomiędzy poziomembadanego zjawiska a zmienną reprezentującą upływ czasut = 1, 2, . . . ,T lub jej funkcją. Służy do prognozowania zjawisk.

    Najczęściej stosowane postaci analityczne:• liniowa: yt = α0 + α1 · t• kwadratowa: yt = α0 + α1 · t + α2 · t2

    • logarytmiczna: yt = α0 + α1 · ln(t)• potęgowa: yt = α0 · tα1• wykładnicza: yt = α0 · αt1 lub yt = α0 · eα1t

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Prognozowanie na podstawie liniowej funkcji trendu• Punktem wyjścia jest funkcja trendu postaci:

    ŷt = α̂0 + α̂1 · t, (35)

    gdzie α̂i oznaczają oszacowania parametrów uzyskane napodstawie T obserwacji.

    • Prognozę na okres T + h uzyskujemy podstawiając wpowyższym równaniu wartość T + h w miejsce t:

    ŷT+h,p = α̂0 + α̂1 · (T + h) (36)

    • Średni błąd prognozy obliczamy ze wzoru:

    S(ŷT+h,p) = Su ·

    √√√√1 + 1T + (T + h − t̄)2∑T

    t=1(t − t̄)2, t̄ = T + 12 (37)

    Su — odchylenie standardowe reszt linii trendu

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Wskaźniki sezonowości — wprowadzenieWskaźniki sezonowości — pokazują, w jakim stopniu, średniorzecz biorąc, w danym podokresie wartości badanego zjawiskaodchylają się od poziomu przeciętnego określonego przez trend;wykorzystywane są w prognozowaniu

    Dwa rodzaje szeregów czasowych:• Szeregi addytywne — amplituda wahań sezonowych jest stała,

    niezależna od trendu• Szeregi multiplikatywne — amplituda wahań sezonowych jest

    proporcjonalna do poziomu trendu (im wyższy poziomprzeciętny zjawiska, tym większe odchylenia sezonowe)

    Dla szeregów addytywnych wskaźniki sezonowości wyrażone są wjednostkach badanej cechy a dla multiplikatywnych wskazują naodchylenia procentowe.

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Szereg addytywny — przykład

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    Y(t

    )

    t

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Szereg multiplikatywny — przykład

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    Y(t

    )

    t

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Wskaźniki sezonowości — procedura1. Oszacuj trend ŷt2. Wyznacz odchylenia od trendu

    ws,t = yt − ŷt lub ws,t =ytŷt

    (38)

    3. Oblicz surowe wskaźniki sezonowości w ′j dla jednoimiennychpodokresów jako średnie arytmetyczne odpowiednich odchyleńod trendu

    4. Wyznacz czyste wskaźniki sezonowości dla podokresów:

    wj = w ′j − w̄ ′ lub wj =w ′jw̄ ′ (39)

    5. Wyznacz prognozy korygując prognozowany trend o odpowiedniwskaźniki sezonowości

    ŷ ∗T+h,p = ŷT+h,p + wj lub t̂∗T+h,p = ŷT+h,p · wj (40)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Wnioskowanie statystyczne — wprowadzenie• Zajmuje się przenoszeniem sądów statystycznych dotyczących

    prób na całą populację• Dwa główne działy:

    • Przedziały ufności — przedziały, w których z dużymprawdopodobieństwem znajdują się wartości badanychparametrów dla całej populacji

    • Weryfikacja hipotez — badanie fałszywości sądów dotyczącychwartości parametrów dla całej populacji

    • Oznaczenia: x̄ , s, wn — charakterystyki obliczane na podstawiepróby; µ, σ, p — ich odpowiedniki w całej populacji (zazwyczajnieznane)

    • Prezentowane poniżej wzory wykorzystują założenie o losowaniuelementów do próby prostym ze zwracaniem

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Przedziały ufności — ogólny schemat

    • Ogólny wzór:

    P(θ̂ − kθ̂,αB(θ̂) < θ < θ̂ + kθ̂,αB(θ̂)

    )= 1− α

    θ, θ̂ — wartości analizowanego parametru w populacji i w próbie1− α — poziom ufnościB(θ̂) — średni błąd szacunku badanego parametrukθ̂,α — stała zależna od szacowanego parametru i poziomuufności

    • Błąd B maleje wraz ze wzrostem liczebności próby i spadkiemzmienności badanej cechy

    • Stała k maleje wraz ze spadkiem poziomu ufności

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Przedziały ufności dla średniej1. σ (odchylenie standardowe dla całej populacji) znana

    Px̄ − zα · σ√n < µ < x̄ + zα ·

    σ√n

    = 1− α (41)x̄ — średnia z próby,n — liczebność próby,zα — wartość odczytana z tablic dystrybuanty rozkładunormalnego standardowego, tak że P(|Z | > zα) = α

    2. σ nieznana, próba duża n 30:

    Px̄ − zα · s√n < µ < x̄ + zα ·

    s√n

    = 1− α (42)s — odchylenie standardowe z próby

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Przedziały ufności dla średniej c.d.

    3. σ nieznana, próba mała n < 30:

    P(

    x̄ − tα|n−1 ·s√

    n − 1< µ < x̄ + tα|n−1 ·

    s√n − 1

    )= 1− α

    (43)tα|n−1 — wartość odczytana z tablic rozkładu t Studenta zn − 1 stopniami swobody

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Przedziały ufności dla odchylenia standardowego

    1. Próba duża n 30:

    P(

    s − zα ·s√2n

    < σ < s + zα ·s√2n

    )= 1− α

    (44)2. Próba mała n < 30:

    P√√√√√ ns2χ21−α2 |n−1

    < σ <

    √√√√√ ns2χ2α

    2 |n−1

    = 1− α (45)χ21−α2 |n−1

    , χ2α2 |n−1

    — wartości odczytane z tablic rozkładu χ2 zn − 1 stopniami swobody

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Przedział ufności dla wskaźnika struktury (odsetekelementów z wyróżnioną cechą)

    Pwn − zα

    √wn(1− wn)

    n < p < wn + zα

    √wn(1− wn)

    n

    = 1− α(46)

    wn — odsetek obserwacji z wyróżnioną cechą w próbie

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Minimalna liczebność próby — problem

    Problem:Co najmniej jak liczną próbę n należy pobrać, aby przy danympoziomie ufności oszacować nieznany parametr θ nie popełniającbłędu większego niż Bmax ?

    Rozwiązanie:Korzystając ze wzoru na maksymalny błąd szacunku równy kθ̂,αB(θ̂)należy wyznaczyć n, tak by błąd był nie większy niż Bmax .

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Minimalna liczebność próby — wzory• Dla średniej, σ znana:

    n z2α · σ2

    B2max(47)

    • Dla średniej, σ nieznana:

    n t2α/n−1 · s2

    B2max+ 1 (48)

    • Dla wskaźnika struktury, wn znane:

    n z2α · wn · (1− wn)

    B2max(49)

    • Dla wskaźnika struktury, wn nieznane:

    n z2α

    4B2max(50)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Teoria weryfikacji hipotez — podstawowe pojęcia• Hipoteza podstawowa, H0 — hipoteza weryfikowana• Hipoteza alternatywna, H1 — przyjmowana w sytuacji

    odrzucenia• Poziom istotności testu α — prawdopodobieństwo

    odrzucenia hipotezy prawdziwej (zwykle równe 0,01, 0,05 lub0,1)

    • Statystyka testowa — funkcja, której wartości empiryczne sąpodstawą podjęcia decyzji dotyczącej odrzucenia lubnieodrzucenia hipotezy podstawowej

    • Obszar krytyczny — zbiór wartości statystyki testowejwskazujących na konieczność odrzucenia H0 (zwykle dużewartości statystyki testowej wskazują na odrzucenie H0)

    • Wartości krytyczne — krańce obszaru krytycznego• p-wartość — maksymalny poziom istotności przy którym

    należałoby odrzucić H0 (gdy jest mniejsza niż α, odrzucamy H0)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Teoria weryfikacji hipotez — procedura

    1. Sformułowanie hipotez podstawowej i alternatywnej2. Wybór statystyki testowej i obliczenie jej wartości3. Odczytanie wartości krytycznych i budowa obszaru krytycznego4. Porównanie wartości statystyki testowej z obszarem krytycznym

    oraz podjęcie decyzji dotyczącej odrzucenia H0 (odrzucamy H0,gdy wartość statystyki testowej wpada do obszaru krytycznego;brak podstaw do odrzucenia w przeciwnym przypadku)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Testy dla średniej — hipotezy

    Weryfikowane hipotezy:

    H0 : µ = µ0H1 : µ 6= µ0, µ > µ0, µ < µ0

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Testy dla średniej — statystyki testowe1. σ znana:

    Z = x̄ − µ0σ·√

    n ∼ N(0, 1) (51)

    2. σ nieznana, próba duża n 30:

    Z = x̄ − µ0s ·√

    n ∼ N(0, 1) (52)

    3. σ nieznana, próba mała n < 30:

    t = x̄ − µ0s ·√

    n − 1 ∼ tn−1 (53)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Testy dla średniej — obszary krytyczne

    H1 : µ 6= µ0

    -zα zαx

    f(x)

    α/2 α/2

    Φ(zα) = 1−α

    2 (54)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Testy dla średniej — obszary krytyczne c.d.

    H1 : µ > µ0

    zαx

    f(x)

    α

    Φ(zα) = 1− α (55)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Testy dla średniej — obszary krytyczne c.d.

    H1 : µ < µ0

    -zαx

    f(x)

    α

    Φ(zα) = 1− α (56)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Test dla wariancji — hipotezy i statystyka testowaWeryfikowane hipotezy:

    H0 : σ2 = σ20H1 : σ2 > σ20

    Statystyki testowe:

    1. Próba duża n 30

    Z = 2 · n · s2

    σ20−√

    2n − 3 ∼ N(0, 1) (57)

    2. Próba mała n < 30

    χ2 =n · s2σ20

    ∼ χ2n−1 (58)

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Test dla wariancji — obszar krytyczny przy małejpróbie

    χ2α,n-1x

    f(x)

    α

  • Wprowadzenie Analiza struktury Analiza dynamiki Elementy wnioskowania

    Test dla wskaźnika struktury

    Weryfikowane hipotezy:

    H0 : p = p0H1 : p 6= p0, p > p0, p < p0

    Statystyka testowa — próba duża, n 100:

    Z = wn − p0√p0 · (1− p0)

    √n ∼ N(0, 1) (59)

    WprowadzenieAnaliza struktury zjawiskAnaliza dynamikiElementy wnioskowania