随机变量函数的置信区间
如何为由点估计θ^及其置信区间推导出参数函数g(θ)的置信区间?三方法:
方法一:转换法
需g严格单调。递增:[L,U]→[g(L),g(U)];递减:[L,U]→[g(U),g(L)]。例:知σ2的95\%CI=[9,25]→标准差σ的CI=[3,5](x递增)。局限:仅单调函数→多变量或多参数函数不适用。
方法二:Delta方法
基于泰勒展开一阶近似→最广泛大样本法。θ^≈N(θ,Var(θ^))→g(θ^)≈g(θ)+g′(θ)(θ^−θ)。方差近似:Var(g(θ^))≈[g′(θ)]2Var(θ^)。用θ^替θ:SE(g(θ^))=∣g′(θ^)∣⋅SE(θ^)。CI:g(θ^)±zα/2⋅∣g′(θ^)∣⋅SE(θ^)。
例:对数优势 g(p)=log(p/(1−p))。g′(p)=1/[p(1−p)]。Var(g(p^))≈[1/(p(1−p))]2⋅p(1−p)/n=1/[np(1−p)]。CI:log(p^/(1−p^))±zα/21/[np^(1−p^)]。需优势比的CI→指数函数单调递增→对CI端点取指数。
局限:近似→小样本/高度非线性可能不准;需导数。
方法三:自助法(Bootstrap)
重抽样非参法→无分布假设/解析推导→计算模拟:从原始样本有放回抽n个形成自助样本→重复B次(如10000)→每次算g(θ^∗)→B个值排序→分位数构成CI(百分位自助法)。例:两样本均值比μ1/μ2→解析难→自助易(分别重抽样→算比率→排序→取分位数)。
方法对比
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用 |
|---|
| 转换法 | 精确/简单 | 仅单调函数 | σ2→σ等 |
| Delta | 通用→非单调/多变量;大样本理论支持 | 近似/小样本不准/需导数 | 绝大多数大样本(回归系数函数等) |
| 自助 | 极广/无需分布/无需导数 | 计算密集/参数边界不佳 | 解析难→中位数差/比率/相关系数 |
Delta方法因通用简便为标准;计算力增强→自助在探索性数据分析和复杂模型中日受欢迎。