Лекция 2

Download Report

Transcript Лекция 2

ЛЕКЦИЯ 2
ВАРИАЦИЯ И КОВАРИАЦИЯ
Курс лекций проф. А. А. Алексеева
по психометрике
Sir Francis Galton
16 February 1822 – 17 January 1911
ПРИМЕР
ОПИСАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕСТОВЫХ БАЛЛОВ
СРЕДНЕЕ
АРИФМЕТИЧЕСКОЕ
И ЕГО СВОЙСТВА
 Среднее
1.
𝑛
𝑛
(𝑋𝑖 − 𝑋) =
𝑖=1
2.
𝑛
𝑖=1
1
𝑛
𝑛
𝑖=1
𝑛
𝑋 =
𝑋𝑖 − 𝑛𝑋 =
𝑖=1
𝑖=1
1
(𝑋𝑖 + 𝑐) =
𝑛
𝑛
𝑖=1
𝑛
3.
𝑖=1
4.
𝑋 =
𝑛
𝑋𝑖 −
𝑖=1
1
𝑋𝑖 +
𝑛
𝑐𝑋𝑖
=𝑐
𝑛
𝑛
𝑋𝑖
𝑋𝑖 − 𝑛
=
𝑛
𝑛
𝑐 =𝑋 +
𝑖=1
𝑛
𝑖=1
2
≤
𝑋𝑖
= 𝑐𝑋
𝑛
𝑋𝑖 − 𝑋 + 𝑐
𝑖=1
𝑛
𝑛
𝑋𝑖 −
𝑖=1
1
𝑛𝑐 = 𝑋 + 𝑐
𝑛
𝑛
𝑋𝑖 − 𝑋
𝑖=1
𝑋
𝑁
2
𝑋𝑖 = 0
𝑖=1
ДИСПЕРСИЯ
Дисперсия 𝑠𝑥2 =
И ЕЕ СВОЙСТВА
𝑋−𝑋
𝑁
1.
2
𝑠𝑥+𝑐
= 𝑠𝑥2
2.
2 = 𝑐2 𝑠2
𝑠𝑐𝑥
𝑥
3.
2
2
Если 𝑠𝑎2 = 𝑠𝑏2 = 0 при 𝑎 ≠ 𝑏, то 𝑠𝑎+𝑏
≠0
Стандартное отклонение 𝑠𝑥 =
𝑠𝑥2
ПРИМЕР
РАСЧЕТА КОВАРИАЦИИ И
КОРРЕЛЯЦИИ
КРИВАЯ НОРМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРИМЕР
РАСЧЕТА КОВАРИАЦИИ И
КОРРЕЛЯЦИИ
ПОНЯТИЕ
КОВАРИАЦИИ
Ковариация 𝑐𝑥𝑦 =
𝑐𝑥𝑥 =
𝑋−𝑋 𝑌−𝑌
𝑁
𝑋−𝑋 𝑋−𝑋
=
𝑁
𝑋−𝑋
𝑁
2
= 𝑠𝑥2
КОЭФФИЦИЕНТ КОРРЕЛЯЦИИ
(ПРОИЗВЕДЕНИЕ МОМЕНТОВ) ПИРСОНА
с𝑥𝑦
Коэффициент корреляции 𝑟𝑥𝑦 =
𝑠𝑥 𝑠𝑦
𝑋−𝑋 𝑌−𝑌
𝑁
𝑋−𝑋 2
𝑌−𝑌
𝑁
𝑁
𝑟𝑥𝑦 =
𝑟𝑥𝑦 =
𝑁
𝑁
𝑋2 −
𝑋𝑌 −
𝑋
2
𝑋
𝑌
𝑁
𝑌2 −
2
𝑌
2
СРЕДНЕЕ
ДЛЯ ДИХОТОМИЧЕСКИХ
ПЕРЕМЕННЫХ
𝑋𝑗 =
𝑋𝑖.𝑗
= 𝑝𝑗
𝑁
ДИСПЕРСИЯ И СТАНДАРТНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ
ДЛЯ ДИХОТОМИЧЕСКИХ ДАННЫХ
2
𝑋
−
𝑋
𝑖.𝑗
𝑗
2
𝑠𝑗 =
= 𝑝𝑗 𝑞𝑗 ,
𝑁
где 𝑞𝑗 = 1 − 𝑝𝑗
𝑠𝑗 =
𝑝𝑗 𝑞𝑗
ВЫВОД
ФОРМУЛЫ ДИСПЕРСИИ
ДЛЯ ДИХОТОМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ
𝑠𝑥2 =
𝑠𝑥2
=
𝑋2
𝑁
+
𝑋−𝑋
𝑁
𝑝2
𝑁
−
2
=
2𝑝 𝑋
𝑁 ;
2
𝑝
𝑠𝑥2 = 𝑝 +
− 2𝑝2 ;
𝑁
𝑋−𝑝
𝑁
𝑋2
𝑁
2
=
𝑋
𝑁
=𝑝
𝑝2 𝑁𝑝2
=
= 𝑝2
𝑁
𝑁
𝑠𝑥2 = 𝑝 + 𝑝2 − 2𝑝2 = 𝑝 − 𝑝2 = 𝑝 1 − 𝑝 = 𝑝𝑞
ВЫВОД
ФОРМУЛЫ ДИСПЕРСИИ
ДЛЯ СОСТАВНЫХ ОЦЕНОК
2
𝑠𝑥+𝑦
=
𝑋𝑖 + 𝑌𝑖 − 𝑋 + 𝑌
𝑁
2
2
𝑠𝑥+𝑦
=
𝑋𝑖 − 𝑋 + 𝑌𝑖 − 𝑌
𝑁
2
2
𝑠𝑥+𝑦
=
𝑋𝑖 − 𝑋
𝑁
2
+
2
𝑋𝑖 − 𝑋 𝑌𝑖 − 𝑌
+
𝑁
2
𝑠𝑥+𝑦
= 𝑠𝑥2 + 𝑠𝑦2 + 2𝑐𝑥𝑦 ; 𝑐𝑥𝑦 = 𝑟𝑥𝑦 𝑠𝑥 𝑠𝑦
2
𝑠𝑥+𝑦
= 𝑠𝑥2 + 𝑠𝑦2 + 2𝑟𝑥𝑦 𝑠𝑥 𝑠𝑦
𝑌𝑖 − 𝑌
𝑁
2
ВЫВОД ФОРМУЛЫ ДИСПЕРСИИ
ДЛЯ СОСТАВНЫХ ОЦЕНОК (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
2
𝑠𝑥+𝑦+𝑧
= 𝑠𝑥2 + 𝑠𝑦2 + 𝑠𝑧2 + 2𝑟𝑥𝑦 𝑠𝑥 𝑠𝑦 + 2𝑟𝑥𝑧 𝑠𝑥 𝑠𝑧 + 2𝑟𝑦𝑧 𝑠𝑦 𝑠𝑧
𝑠𝑋2 = 𝑠12 + 𝑠22 + ⋯ + 𝑠𝑁2 + 2𝑟1.2 𝑠1 𝑠2 + ⋯ + 2𝑟𝑁,𝑁−1 𝑠𝑁 𝑠𝑁−1
𝑠𝑋2 =
𝑠𝑖2 + 2
𝑟𝑖𝑗 𝑠𝑖 𝑠𝑗
𝑖<𝑗
ДИСПЕРСИОННО-КОВАРИАЦИОННАЯ МАТРИЦА
ДЛЯ ПРИМЕРА С ДИХОТОМИЧЕСКИ ОЦЕНИВАЕМЫМИ
ЗАДАНИЯМИ
Задание
Задание
1
1
2
3
0,25
2
3
4
5
0,10
0,00
0,00
-0,05
0,24
0,06
-0,08
0,02
0,24
0,08
0,08
0,16
0,06
4
0,21
5
Сумма дисперсий = 1,10
Удвоенная сумма ковариаций = 2(0,27) = 0,54
Дисперсия составных оценок = 1,10 + 0,54 = 1,64
Z-БАЛЛЫ
 Расчет
z-баллов: z =
 Свойства
z-баллов: 𝒛 = 𝟎; 𝒔𝒛 = 𝟏.
 Корреляция
z-баллов: 𝒓𝒙𝒚 =
 Преобразование
T
𝑿−𝑿
𝒔
z-баллов:
= z 𝒔новое + 𝑿новое
𝒛𝒙 𝒛𝒚
𝑵
ТАБЛИЦА ЧАСТОТ ДЛЯ ОЦЕНОК
50 ИСПЫТУЕМЫХ ПО ТЕСТУ ИЗ 10 ЗАДАНИЙ
X
f(X)
cf(X)
p(X)
cp(X)
10
1
50
0,02
1,00
9
2
49
0,04
0,98
8
3
47
0,06
0,94
7
5
44
0,10
0,88
6
6
39
0,12
0,78
5
12
33
0,24
0,66
4
11
21
0,22
0,42
3
5
10
0,10
0,20
2
3
5
0,06
0,10
1
2
2
0,04
0,04
0
0
0
0,00
0,00
ПРОЦЕНТИЛЬНЫЙ
P
 где
=
𝒄𝒇𝒍 + 𝟎,𝟓𝒇𝒊
𝑵
РАНГ
× 100%,
𝒄𝒇𝒍 − кумулятивная частота для
всех оценок, ниже интересующего
нас балла; 𝒇𝒊 − частота оценок в
интересующем нас интервале; N –
число испытуемых в выборке.