不同抽样方式下的总体均值区间估计
同一个学校、同一个总体均值,为什么不同抽样设计会产生不同的估计精度?
同一个总体,三种不同的抽法
模拟学校共有12个班级,每班20名男生,合计240人;三个年级各4个班。
将鼠标移到方块上,或聚焦示意图后用方向键查看每名学生的班级与身高。
- 1年级
- 2年级
- 3年级
- 分层抽样:三个年级分别抽人,再加权估计。
- 等距抽样:随机起点、固定间隔;还要考虑名单排序。
- 整群抽样:直接抽取若干班级,调查入选班级的全部学生。
每一种方法都将完整演示:估计值 → 标准误 → 抽样极限误差 → 置信区间。
抽样操作
动手试一试
分层随机不重复抽样,每层80人,抽12人,层权重均为1/3。
分层抽样:从各层均值到置信区间
三个年级各80人,各层随机不重复抽12人,共36人。
抽样示意 · 先观察怎样抽取样本
将鼠标移到方块上,或聚焦示意图后用方向键查看每名学生的班级与身高。
- 1年级
- 2年级
- 3年级
- 本次抽中
理论公式与符号解释
保留完整教材公式,结合下方符号解释理解每一项。
① 总体均值的点估计
② 抽样平均误差(标准误)
③ 抽样极限误差
④ 完整的95%置信区间
公式符号说明 · 先认识字母,再代入计算
- 层数(本例为3个年级)
- 层的编号,h=1,2,…,H
- 总体单位数(240人)
- 第h层的总体人数(80人)
- 第h层的样本人数(12人)
- 第h层权重,Wₕ=Nₕ/N
- 第h层的样本均值
- 分层抽样的总体均值估计值
- 第h层的样本方差
- 对各层的相应项求和
- 第h层不重复抽样的有限总体修正项
- 总体均值,即要估计的真实参数
- 抽样平均误差(标准误)的估计值
- 抽样极限误差,即临界值乘以SE
- 总体均值的置信区间
95%置信区间采用双侧区间;z=1.96为标准正态临界值。整群抽样采用t临界值作教学近似,适用条件见下方提示。
本次样本的数值代入与计算
按与上方公式相同的顺序逐步展开案例计算,可与公式对照。
抽样操作
动手试一试
先将名单随机排列,再随机起点、每隔6人抽1人;在这种联合随机化设计下,等价于简单随机不重复抽样。
等距抽样:从抽样间隔到置信区间
从240人中抽40人,间隔6;随机起点为1至6。
抽样示意 · 先观察怎样抽取样本
将鼠标移到方块上,或聚焦示意图后用方向键查看每名学生的班级与身高。
- 1年级
- 2年级
- 3年级
- 本次抽中
理论公式与符号解释
保留完整教材公式,结合下方符号解释理解每一项。
① 抽样间隔
② 总体均值的点估计
③ 抽样平均误差(仅随机排列条件下)
④ 抽样极限误差
⑤ 完整的近似95%置信区间
公式符号说明 · 先认识字母,再代入计算
- 总体人数(240人)
- 样本人数(40人)
- 抽样间隔,k=N/n(本例为6)
- 随机起点(1至6)
- 第i个被抽中学生的身高
- 等距抽样的总体均值估计值
- 样本方差,分母为n−1
- 对样本中n个观测值求和
- 不重复抽样的有限总体修正项
- 总体均值,即要估计的真实参数
- 抽样平均误差(标准误)的估计值
- 抽样极限误差,即临界值乘以SE
- 总体均值的置信区间
95%置信区间采用双侧区间;z=1.96为标准正态临界值。整群抽样采用t临界值作教学近似,适用条件见下方提示。
本次样本的数值代入与计算
按与上方公式相同的顺序逐步展开案例计算,可与公式对照。
抽样操作
动手试一试
12个等规模班级,随机抽取4个班,每班20人全部调查;以班级均值为抽样单位。
整群抽样:以班级为单位计算区间
随机抽取4个班级,每班20人全部调查,合计80人。
抽样示意 · 先观察怎样抽取样本
将鼠标移到方块上,或聚焦示意图后用方向键查看每名学生的班级与身高。
- 1年级
- 2年级
- 3年级
- 本次抽中
理论公式与符号解释
保留完整教材公式,结合下方符号解释理解每一项。
① 总体均值的点估计(等规模群)
② 抽样平均误差(以班级为抽样单位)
③ 抽样极限误差
④ 完整的近似95%置信区间
公式符号说明 · 先认识字母,再代入计算
- 总体群数(12个班级)
- 抽中的群数(4个班级)
- 抽中群的编号,j=1,2,…,m
- 第j个抽中班级的平均身高
- 整群抽样的总体均值估计值
- s²(班均值):抽中班级均值的样本方差,分母为m−1
- 自由度m−1、累积概率0.975的t临界值
- 对抽中的m个班级求和
- 按群不重复抽样的有限总体修正项
- 总体均值,即要估计的真实参数
- 抽样平均误差(标准误)的估计值
- 抽样极限误差,即临界值乘以SE
- 总体均值的置信区间
95%置信区间采用双侧区间;z=1.96为标准正态临界值。整群抽样采用t临界值作教学近似,适用条件见下方提示。
本次样本的数值代入与计算
按与上方公式相同的顺序逐步展开案例计算,可与公式对照。
三种抽样设计:公式、区间与条件
回顾每种方法如何从总体均值估计值走到95%置信区间。
| 抽样方法 | 总体均值估计 | 抽样平均误差 | 区间估计 |
|---|---|---|---|
| 分层抽样 | 估计值 ± 1.96SE | ||
| 等距抽样(随机排列) | 样本均值 | 估计值 ± 1.96SE | |
| 整群抽样(等规模) | 班级均值的平均 | 估计值 ± t临界值×SE |
分层抽样需要层权重和层内方差;等距抽样必须说明名单排列与方差估计条件;整群抽样的方差要以群为单位估计。