统计学假设检验的两类错误

1、两类错误的解释

我们之前探讨了假设检验的基本思想,现在我们来介绍下两类错误。

假设检验的最终目的是:去伪存真

那么它对应的两类错误就是弃真存伪。

接受或拒绝H0,都可能犯错误

I类错误——弃真错误,发生的概率为α

II类错误——取伪错误,发生的概率为β

 

为了更形象点说明这两类错误,我们看下下面这个图片:

对于正常情况下对于上面实例的假设检验应该为:

H0:没有怀孕(原假设为没有确凿证据一般不推翻的假设,因为正常人我们认为是没有怀孕的)

H1:怀孕了

上图左边:第一类错误为弃真错误,也就是原假设为没有怀孕,但是检验的结果落在拒绝域,因而拒绝没有怀孕的原假设,认定图一里的男士怀孕了,而事实上图里面的男士根本没有怀孕,这就犯了第一类错误,弃真

上图右边:第一类错误为存伪错误,也就是原假设没有怀孕,检验结果落在接受域,所以接受没有怀孕的原假设,认定图一的女士没有怀孕,而事实上图片里的女士是怀孕的,这就犯了第二类错误,存伪

2、两类错误的计算

我们通过一个例子来看一下:

(1)

α 错误概率计算:由实际推断原理引起的,即“小概率事件不会发生”的假定所引起的,所以有理由将所有小概率事件发生的概率之和或者即显著性水平(α=0.05)看作α错误发生的概率,换言之,α错误发生的概率为检验所选择的显著性水平。如果是单侧检验,弃真错误的概率则为 α/2

(2)

上面是对两类错误的计算,对于第二个问题只需要在第二类错误计算过程中变换一下:

1-\Phi(0.4\sqrt{n})>=0.01

对上面的公式进行转换查表可以求出n=34

(3)

根据(1)中公式可以看出,n趋向正无穷时,\Phi(n)趋向1,1-\Phi(n)就趋向0。

3、两类错误的理解

对于两类错误的理解上,公认的观点是:

犯Ⅰ类错误得危害较大,由于报告了本来不存在的现象,则因此现象而衍生出的后续研究、应用的危害将是不可估量的。相对而言,Ⅱ类错误的危害则相对较小,因为研究者如果对自己的假设很有信心,可能会重新设计实验,再次来过,直到得到自己满意的结果(但是如果对本就错误的观点坚持的话,可能会演变成Ⅰ类错误)。

当然这要从更多的维度和不同的情况来看,

例1:

比如:

判定一个嫌疑人是不是犯了罪,原假设就是这个人没有犯罪,

那么犯一类错误就是认为罪犯有罪,而事实上没有犯罪,也就是被冤枉。犯二类错误就是把有罪的人判定成无罪。

到底那种对于社会的危害更大呢?这个很难说,如果你认为,我宁可错杀三千,绝不放过一个!那你就让第二类错误的概率尽可能小。政治清明的年代,司法应该尽可能减少冤假错案,即所谓疑罪从无无罪推定的原则。也就是,如果没有足够的人说嫌疑人不是好人,那么司法就应该判定嫌疑人为好人。因为正常情况下,大部分人都是无罪的,原假设也认为嫌疑人是无罪的,而犯罪的人是少数,所以如果一类错误概率大的话,会讲很大一部分人无辜的牵连进来;也可以这样理解,就是无罪的人基数很大,即人数非常多,你稍微把一类错误的概率放大一点就会有很多的人被认定为有罪的。

例2:

再比如说,我们检查一批灯泡的寿命,原假设认为灯泡寿命是合格的,但是我们抽查的时候恰好查到了寿命比较低的,这样就拒绝了原假设,认为这一批灯泡是不合格的。那么结果是什么呢?就需要把这一批灯泡全部返厂重新检测、返修,甚至是销毁。如果是因为犯了第一类错误,也就是本来这一批是合格的,但是因为检验正好检验到了不合格的才导致拒绝原假设的话,那么这个成本对于生产厂商来说是非常大的。

例3:

我们再看一个例子,就是我们出门要不要带伞的问题。

正常来讲,原假设为天气为晴天,那么犯一类错误的情况就是晴天带伞出门,犯第二类错误的情况是下雨不带伞。

对于我们那一情况危害或者说坏处更大呢?因为毕竟下雨天是少数,如果你天天带伞出门的话固然是可以避免淋雨,但是你得天天带伞,要看你是不是方便,如果你方便那么一类错误对你来说影响不是很大;如果带伞不方便那么一类错误对你的影响就比较大了。

例4

这里并不是说不用避免犯第二类错误,第二类错误也是需要尽量避免的。只不过根据无罪推定原则和疑罪从无原则,我们应该控制的是尽可能别把没罪判为有罪,其次应该控制的才是尽可能减少让有罪的人继续逍遥法外。

而且我们对于一类、二类错误的控制上还要看具体情况,比如非典期间,我们为了尽量减少病原的传播,就不惜大量的精力来减少犯二来错误的概率,我们对所有人进行体温测量,只要发现发烧立即隔离,这里面我们很容易发现,这里面可定会有很多的不是携带病原体的人被认为是携带者,其实这里就是加大了犯一类错误的概率,而尽量减少二类错误。因为犯二类错误的成本太大,宁可错误的隔离3000,也不能放过一个携带者,因为放过一个就会造成非常严重的后果。

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