Statistica.

Schede di studio e quiz

Lezione 31Macroargomento 4 · Statistica

Lezione 31. Statistiche, stimatori e stime

In questa lezione

  1. Che cos'è un campione?
  2. Che cos'è la statistica parametrica?
  3. Che differenza c'è tra statistica, stimatore e stima?
  4. Che cos'è una statistica sufficiente?
  5. Che cos'è una statistica sufficiente minimale?
  6. Quali sono le trappole tipiche per i concetti di questa lezione?
  7. Quiz della lezione (10 domande)

1. Che cos'è un campione?

Prima della raccolta, il valore che osserveremo su ogni unità è incerto: lo si rappresenta con una variabile aleatoria.

TermineDefinizione
CampioneVettore aleatorio (X1,…,Xn)(X_1,\dots,X_n) di v.a. indipendenti sullo stesso spazio di probabilità
Numerosità (taglia)Il numero nn
Campione sempliceLe XiX_i hanno anche la stessa legge (i.i.d.)
RealizzazioniI numeri osservati x1,…,xnx_1,\dots,x_n (lettere minuscole)

L'indipendenza rende le osservazioni repliche dello stesso fenomeno. La stessa legge riflette il fatto che tutte descrivono la stessa caratteristica della popolazione.

2. Che cos'è la statistica parametrica?

La legge delle XiX_i è ignota. Si assume che appartenga a una famiglia nota {Pθ:θ∈Θ}\{P_\theta:\theta\in\Theta\}, con θ\theta parametro ignoto e Θ\Theta spazio dei parametri (spesso R\mathbb R, Rk\mathbb R^k o un aperto).

FenomenoModelloParametro ignoto
Altezze, errori di misuraN(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2)μ\mu, σ2\sigma^2
Eventi in una finestra di tempoPoissonλ\lambda
Tempi di attesaEsponenzialeλ\lambda

3. Che differenza c'è tra statistica, stimatore e stima?

TermineChe cos'èEsempio
StatisticaV.a. T=g(X1,…,Xn)T=g(X_1,\dots,X_n), con gg misurabile che non dipende da parametri ignotiXˉ=1n∑Xi\bar X=\frac1n\sum X_i
StimatoreStatistica usata per stimare un parametro θ\thetaXˉ\bar X come stimatore di μ\mu
StimaNumero θ^=T(x1,…,xn)\hat\theta=T(x_1,\dots,x_n), calcolato sui dati osservatixˉ=3,2\bar x=3{,}2

Esempi fondamentali.

Non-esempio. ∑(Xi−μ)2\sum(X_i-\mu)^2 con μ\mu ignota non è una statistica: dipende da un parametro ignoto.

4. Che cos'è una statistica sufficiente?

Una statistica TT è sufficiente per θ\theta se, sapendo T=tT=t, la legge del campione non dipende più da θ\theta: TT contiene tutta l'informazione su θ\theta.

CasoCondizione
DiscretopX(x1,…,xn;θ)pT(T(x);θ)\dfrac{p_X(x_1,\dots,x_n;\theta)}{p_T(T(x);\theta)} non dipende da θ\theta
Assolutamente continuofX(x1,…,xn;θ)fT(T(x);θ)\dfrac{f_X(x_1,\dots,x_n;\theta)}{f_T(T(x);\theta)} non dipende da θ\theta

Criterio di fattorizzazione. TT è sufficiente se e solo se fX(x;θ)=g(T(x),θ) h(x)f_X(x;\theta)=g\big(T(x),\theta\big)\,h(x) per quasi ogni xx, con hh che non dipende da θ\theta.

Esempio aggiunto: Bernoulli. pX(x;p)=p∑xi(1−p)n−∑xip_X(x;p)=p^{\sum x_i}(1-p)^{n-\sum x_i}: dipende da pp solo tramite ∑xi\sum x_i, che è sufficiente (con h=1h=1).

Il metodo «a confronto di momenti» (Eθ[gi(X1)]E_\theta[g_i(X_1)] contro le medie campionarie) è un'alternativa, ma l'inversione può non esistere, non essere unica o essere instabile.

5. Che cos'è una statistica sufficiente minimale?

Il campione intero è sempre sufficiente, ma non riduce i dati. TT sufficiente è minimale se per ogni altra statistica sufficiente SS esiste hh con T=h(S)T=h(S): è il riassunto più compatto.

Criterio. TT è sufficiente minimale se: fX(x;θ)fX(y;θ) non dipende da θ  ⟺  T(x)=T(y).\frac{f_X(x;\theta)}{f_X(y;\theta)}\text{ non dipende da }\theta\iff T(x)=T(y).

ModelloStatistica sufficiente minimaleMotivo
N(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2), σ2\sigma^2 notaXˉ\bar X (o ∑Xi\sum X_i)La densità dipende da μ\mu tramite ∑xi\sum x_i
N(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2), entrambi ignoti(∑Xi,∑Xi2)\big(\sum X_i,\sum X_i^2\big), equivalente a (Xˉ,S2)(\bar X,S^2)∑Xi2=(n−1)S2+nXˉ2\sum X_i^2=(n-1)S^2+n\bar X^2
Uniforme su [θ,θ+1][\theta,\theta+1](X(1),X(n))\big(X_{(1)},X_{(n)}\big) = (minimo, massimo)Densità =χ{x(n)−1≤θ≤x(1)}=\chi\{x_{(n)}-1\le\theta\le x_{(1)}\}

Lezione dell'uniforme: il parametro è uno solo, ma la statistica sufficiente minimale ha due componenti. La dimensione del parametro non fissa da sola quella della statistica.

6. Quali sono le trappole tipiche per i concetti di questa lezione?

7. Quiz della lezione (10 domande)

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