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3 相関と相関係数 3.1 相関 (correlation) 2つの変数の同時分布と、その条件付き分布は、変数の間の数量的結び付きを示しています。この数量的結び付きは、統計的頻度分布として観察されるものであり、現象の背後にある実態的な「関係」や「構造」から導かれる法則性を必要としません。 例えば、人間の身長と体重とは密接な統計的分布関係を持っていますが、両変数を決定する背後機構は複雑であり、単純な数量法則として理解することは困難です。にもかかわらず、ある人の体重を推測する時に、その人の身長が判れば、条件付き分布に関する経験的知識から、体重の推測が容易になります。 つまり、同時分布が示す変数間の結び付きは、情報と情報との間の頻度的な連関を表わしています。一方、もしも2つの変数間に、構造的な意味での因果関係[注1]が存在すれば、その数量関係は同時分布においても検出可能です。したがって、同時分布
統計学 I, II 共通テキスト(2号館地下 丸善 教科書売り場): 森棟公夫 『統計学入門 第2版(新経済学ライブラリ-9)』 新世社(2000年) ・Excelの「マクロ使用」ブックの使い方: 上智大学 PC 室の Excel-2007 設定では、ログオン状態で「マクロ」がオフになっている。 そのため この画像 のように「マクロをオン」にして、一度 Excel を終了する必要がある(次からマクロが使用可)。
3 二項分布とその性質 3.1 n回のベルヌーイ試行における成功の回数:二項乱数 「成功の確率 p のベルヌーイ試行を n 回繰り返した時、何回の成功が起きるか?」 という問題は、広い適用範囲を持っており、とりわけ標本調査などの分野においては、必要不可欠な知識の一つになっている。例えば、ある母集団(population)*から n人の標本を無作為に選んだ時、特定の政党の支持者が何人いるか、特定の製品の利用者が何人いるか、あるいは、特定の年齢階級に属する人が何人いるかなどは、結果を「成功」と「失敗」とに表現し直すことによって、すべて上の問題に帰着させることができる**。 n 回の試行の内で、結果が成功であった「回数」を x とすると、x の値はランダムに変化する。しかし成功回数 x の各値 0,1,2,…,n が出現する"度合い"は、一様ではない。 *標本(sample)を取り出す対象を母集
2 Monte-Carlo法とExcelマクロ 2.1 モンテカルロ法 ランダムな実験によって問題を調べるアプローチを、モンテカルロ法(Monte-Carlo* method)と言う**。初期の例としては、針をランダムに落とす実験によって円周率πを調べた「Buffonの針」が有名。 コンピュータを使うと、極めて高速に多数回の模擬実験(simulation)を行うことが可能になる。また、多数回の実験結果は、「大数の法則(law of large numbers)」によって、確率法則下の理論値に極めて近くなるため、理論的解明の困難な複雑な問題を扱う場合には有効な手段となる。 ただし、多数回の実験を高速に行うには、実験の自動化が不可欠であり、そのため、以下では Excel のマクロ機能を用いる。 *Monte-Carloはカジノで有名な南欧の町 ** Monte-Carlo 法の歴史 2.2
テキスト: P.G.ホーエル(浅井、村上訳)「初等統計学 原書第4版」培風館 [04/13/2007] 授業の紹介 2章 標本データの記述 [04/20/2007] 度数分布と算術的指標(1) 統計学資料-1(標本全体を分布として見る) 講義用ワークシート: 上智大学生の身体(41人)・所得分布・人口・三次活動時間[マクロ使用] 講義用ワークシート: 上智大学生の身体測定データ(404人) [04/27/2007] 度数分布と算術的指標(2) 統計学資料-2(記号Σと平均の話) 補足:平均値と重心 講義用ワークシート: データ空間の距離と平均値・分散[マクロ使用] 講義用ワークシート: 身体・所得・人口・三次活動時間(平均値) 講義用ワークシート: 統計学2005年度期末試験の点数 [2007/05/11] 度数分布と算術的指標(3)、順序統計量
自己回帰式の一般解において見たように、循環的な変動は、周期の異なるcosine関数の結合を用いて表わすことができる。また各cosine関数は、その周期と位相の係数を持っており、位相の係数は初期条件を表わすため、変動の持つ循環的な特徴は周期の係数に集約されている。このように、過程 {xt} を、時間領域(time domain)ではなく、含まれる循環の周期の長さで区分した周波数領域(frequency domain)において扱うのが、スペクトル解析と呼ばれる分野である。 [周波成分の集まり] いま、簡単な循環系列 を考える。f=θ/(2π) はcosine波の単位時間あたりの周波数(frequency)、ξ は初期位相(phase)、R は振幅(amplitude)を表わしている。また、1/f=(2π)/θ は波長(wavelength)または周期(period)である。 より複
なる関係を持つ。つまり確率変数 x は、確率変数 ui (i=1,…,n) の総和として表わせる。 19世紀末から20世紀初頭にかけて、ベルヌーイ試行の結果 ui のみでなく、ある弱い条件*さえ満たせば、どんな確率分布を持つ確率変数の和でも、同じ釣鐘型曲線(正規分布)に近づくことが数学的に証明された**。これが中心極限定理(central limit theorem) である。 ______ * 例えば、各確率変数が互いに統計的に独立であり、平均(期待値)と分散が有限な同一分布を持つ場合には、その和は正規分布に近づく(J. Lindeberg, 1922)。 これは、わかりやすい充分条件であるが、今日では、より抽象化された弱い仮定の下で成立することが知られている。 ** 最初に中心極限定理を数学的に証明に示したのは、Lyapunov(1901)であると言われている。
手順 2, 3 を多数回繰り返して、得られた記録を頻度集計する。 _____ * このテキストでは、現在の統計的環境において一般的に使われている、標本平均からの偏差平方和を (標本サイズ - 1) で割った(いわゆる)「不偏分散」によって、「標本分散」を定義した。この除数 n - 1 の定義は、t, χ2, F などの統計量を使う時の偏差平方和の自由度に対応している。 ただし母分散 σ2 の推定値として「偏差平方和 / (n - 1)」が、「偏差平方和 / n」より優れているということを、必ずしも意味するわけではない。 例えば、一般に「偏差平方和 / D」(D は任意の正の実数)と置くと、母集団が正規分布の時、母分散推定値として最小の平均平方誤差 E[{(偏差平方和 / D) - σ2}2] を持つのは D = n + 1 の時であり、前二種の推定式の何れでもない。
の右辺が標準正規変量であるため、左辺(確率変数は y のみ)も標準正規分布にしたがう。よって前章の標準化の関係から、y は(x を所与の値とする条件下では)平均 ρx 標準偏差 √(1-ρ2) の正規分布にしたがう。つまり y の条件付き平均は(ρがゼロでなければ)条件値 x と共に変化し、標準偏差は条件値 x とは無関係に一定値(= z の結合係数)を取る。 乱数を使ったシミュレーションにおいて、この相関を持つ乱数の対 (x, y) を生成することは容易であり、以下のような2式により定義すれば良い。 Excel式 x = 標準正規乱数 y = ρ*x+Sqrt(1-ρ^2)*標準正規乱数 ただし「標準正規乱数」は、(5章と同様に中心極限定理を利用して)12個の区間 [0,1) 一様乱数の和から 6 を引いた式 RAND()+RAND()+…+RAND()-
4 ポアソン分布とその応用 4.1 ポアソン(Poisson)分布 成功の確率 p の値が小さい二項分布において、平均(期待)成功回数 λ = np を一定としながら試行回数 n を大きく(p = λ / n を小さく)してゆくと、二項確率値はごく僅かに変化するだけであり、何かの極限を持つであろうことが観察された。 この極限分布は、稀にしか起きない(p が小さい)事象を、多数回試行した(n が大きい)時の、二項確率の近似値として有効なばかりでなく、分布が平均(期待)成功率 λ = np のみに依存することから、試行回数 n と 成功の確率 p が未知であっても問題に適用できるという、実用上の大きな利点を持っている。 例えば、典型的な例として、ある電話機に間違い電話が一日にかかってくる回数 x を考える。その地域で一日にかけられる電話の総回数を n とし、その特定の番号に
1 乱数と確率事象 1.1 乱数列と乱数 一般に、 4891921897153812531322791938755812335202... のように 0〜9 の数字が無作為(random)に並んだものは、乱数列(random sequence)と呼ばれる。 ある乱数列が与えられた時、その2桁づつを組にして、 48 91 92 18 97 15 38 12 53 13 22 79 19 38 75 58 12 33 52 02 ... のように利用すると、0〜99 までの範囲を取る2桁の乱数(random number)が得られる(1桁や3桁以上の乱数も同様)。 あるいは、4桁づつに区切り、手前に小数点を付ければ、 0.4891 0.9218 0.9715 0.3812 0.5313 0.2279 0.1938 0.7558 0.1233 0.5202 ... とな
MCS-LIB(モンテカルロ実験用ライブラリ) v0.81(2008/10/07): ライブラリ mcs-lib.xla ヘルプ文書 mcs-lib_help.xls (Excel2007の外部リンク変更バグに対応) 連絡事項 [10/07] 学内PCの大部分が Excel2007 に変わったため、Excel2007では、この頁トップのマクロ・セキュリティ設定を行い、新 MCS-LIB を使用して下さい。
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