только для медицинских специалистов

Консультант врача

Электронная медицинская библиотека

Раздел 7 / 12
Страница 2 / 2

3. ПОНЯТИЕ О СТАТИСТИЧЕСКОЙ ГИПОТЕЗЕ

Внимание! Часть функций, например, копирование текста к себе в конспект, озвучивание и т.д. могут быть доступны только в режиме постраничного просмотра.Режим постраничного просмотра

Статистическая гипотеза – выдвинутое предположение о виде распределения и свойствах случайной величины, которое можно подтвердить или опровергнуть применением статистических методов к данным, содержащимся в исследуемой выборкеИвановский Р. И. Теория вероятностей и математическая статистика. Основы, прикладные аспекты с примерами и задачами в среде Mathcad: учеб. пос. СПб.: БХВ-Петербург, 2008. 528 с..

Пусть в эксперименте доступна наблюдению случайная величина X, распределение которой P полностью или частично неизвестно. Тогда любое утверждение относительно P называется статистической гипотезой. Выше были представлены примеры базового статистического анализа веса пациентов с подтвержденным диагнозом anorexia, т.е. вес пациентов, участвовавших в эксперименте, представляет собой случайную величину Х. В разделе 1 было дано понятие о Гауссовом (нормальном) типе распределения данных. Предположение о том, что вес пациентов распределен по закону, близкому к нормальному (близко к рисунку 1), будет являться статистической гипотезой.

Гипотезы различают по виду предположений, содержащихся в них:

  • Статистическая гипотеза, однозначно определяющая распределение P, то есть H: {P = P0}, где P0 – какой-то конкретный закон (например, вес пациентов во всех группах подчинен одному нормальному закону распределения), называется простой. H – гипотеза, принято различать нулевую гипотезу H0 (вес пациентов с подтвержденным диагнозом «анорексия» распределен нормальным образом) и альтернативную гипотезу H1 (вес пациентов с подтвержденным диагнозом «анорексия» распределен отличным от нормального закона распределения).
  • Статистическая гипотеза, утверждающая принадлежность распределения P к некоторому семейству распределений, то есть вида H: {P ∈ ℘}, где ℘ – семейство распределений, называется сложнойВ рамках данных методических рекомендаций не рассматриваются варианты возникновения сложных статистических гипотез, материал приведен для справок..

На практике обычно требуется проверить какую-то конкретную и, как правило, простую гипотезу H0. Такую гипотезу принято называть нулевой. При этом параллельно рассматривается противоречащая ей гипотеза H1, называемая конкурирующей, или альтернативной (вес пациента принадлежит нормальному закону распределения – нулевая гипотеза, вес пациента не принадлежит нормальному закону распределения – альтернативная гипотеза). В таблице 5 представлены формулировки трех простых нулевых и альтернативных гипотез, которые будут встречаться в тексте методических рекомендаций при решении трех основных задач:

  1. Задача принадлежности данных к нормальному закону распределения.
  2. Задача сравнения данных, выделенных по какому-либо признаку в различные группы.
  3. Задача выявления статистической зависимости между переменными.

Таблица 5 – Общий вид стандартных формулировок простых нулевых и альтернативных гипотез для трех задач

Тип решаемой задачи
H0 – нулевая гипотеза
H1 – альтернативная гипотеза
Принадлежность данных к нормальному закону распределения
Наблюдаемое распределение данных принадлежит к нормальному (Гауссову) закону распределения
Наблюдаемое распределение данных отлично от нормального (Гауссова) закона распределения
Различие в группах данных, выделенных по какому-либо признаку в разные группы
Две группы данных, выделенные по какому- либо признаку, статистически незначимо различаются между собой
Две группы данных, выделенные по какому-либо признаку, статистически значимо различаются между собой
Зависимость между двумя переменными
Зависимость между двумя переменными статистически незначима
Наблюдаемая зависимость между переменными статистически значима

Выдвинутая гипотеза нуждается в проверке, которая осуществляется статистическими методами (посредством различных критериев), поэтому гипотезу называют статистической. Для проверки гипотезы используют критерии, позволяющие принять или опровергнуть выдвинутую гипотезу:

  • Формулировка основной гипотезы H0 и конкурирующей гипотезы H1 (для примера см. таблицу 5).
  • Задание уровня значимости αБолее подробно уровень статистической значимости, ошибки первого и второго рода рассмотрены в разделе 5 настоящих методических рекомендаций., на котором в дальнейшем и будет сделан вывод о справедливости гипотезы. Он равен вероятности допустить ошибку первого рода.
  • Расчет статистики φ критерия такой, чтоДанный материал приведен как справочный и редко применяется на практике, только в том случае, когда вычисления по критерию проводятся посредством самостоятельно реализованного программного кода.:
    • ее величина зависит от исходной выборки X = (X1…Xn): φ = φ (X1…Xn);
    • по ее значению можно делать выводы об истинности гипотезы H0;
    • статистика φ, как функция случайной величины X, также является случайной величиной и подчиняется определенному закону распределения.
  • Построение критической области. Из области значений φ выделяется подмножество C таких значений, по которым можно судить о существенных расхождениях с предположением. Его размер выбирается таким образом, чтобы выполнялось равенство P(φ ∈ C)=α. Это множество C и называется критической областью, α – ошибка первого рода.
  • Вывод об истинности гипотезы. Наблюдаемые значения выборки подставляются в статистику φ и по попаданию (или непопаданию) в критическую область C выносится решение об отвержении (или принятии) выдвинутой гипотезы H0.

В качестве примера рассмотрим нулевую гипотезу о принадлежности распределения данных нормальному закону. На рисунке 12 представлена гистограмма распределения случайной величины – вес пациента с подтвержденным диагнозом «анорексия» (вес пациента является исходной выборкой X, а предполагаемый закон распределения – φ).

Рисунок 12 – Распределение веса пациентов с подтвержденным диагнозом «анорексия». Вертикальная зеленая линия соответствует 95 % распределения случайной величины. Красным цветом закрашена критическая область a = 5 %

Соответственно, если P(φ ∈ C) > 0,05, то расхождения считаются статистически незначимыми, а если P(φ ∈ C) ≤ 0,05, то расхождения статистически значимы, и необходимо отвергнуть нулевую гипотезу и принять альтернативную.

В большинстве случаев статистические критерии основаны на случайной выборке (X1, X2, …, Xn) фиксированного объема n ≥ 1 для распределения P. В последовательном анализе выборка формируется в ходе самого эксперимента, и потому ее размер является случайной величинойСм.: https://ru.wikipedia.org/wiki/Проверка_статистических_гипотез..