Statistik

Kapitel 7 · Schätzverfahren

Schätzfunktionen & Güte

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Punkt- und Intervallschätzung

Schätzen heißt, Werte für unbekannte Parameter der Grundgesamtheit aus einer Stichprobe zu bestimmen.

  • Punktschätzung: ein einzelner Wert (z. B. xˉ=183,0\bar x = 183{,}0 cm).
  • Intervallschätzung: ein ganzer Vertrauensbereich (nächster Abschnitt).

Die universellen Schätzfunktionen

Eine Schätzfunktion ist eine Formel in den Stichprobenvariablen — und damit selbst eine Zufallsvariable. Die drei wichtigsten gelten unabhängig von der zugrunde liegenden Verteilung (für i.i.d.-Stichproben):

Xˉ=1n∑i=1nXi,S2=1n−1∑i=1n(Xi−Xˉ)2,S=S2\bar X = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i, \qquad S^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^n (X_i - \bar X)^2, \qquad S = \sqrt{S^2}

für μ\mu, σ2\sigma^2 bzw. σ\sigma. Ein Schätzwert ist der konkrete Wert bei gegebener Stichprobe.

Gütekriterien

KriteriumBedeutung
ErwartungstreueE(θ^)=θE(\hat\theta) = \theta — kein systematischer Fehler
Konsistenzwird mit wachsendem nn immer genauer
Effizienzkleine Streuung, schon bei kleinem nn brauchbar
Suffizienznutzt die gesamte Information der Stichprobe

Genau hier liegt der tiefere Grund für das n−1n-1 aus Kapitel 2: Die Teilung durch n−1n-1 macht S2S^2 erwartungstreu (E(S2)=σ2E(S^2)=\sigma^2); mit nn würde man σ2\sigma^2 im Mittel unterschätzen.

Klausurfalle: Erwartungstreue (im Mittel richtig) ≠ Konsistenz (mit mehr Daten besser). Eine Schätzung kann konsistent, aber für kleine nn verzerrt sein — und umgekehrt.

Übungsaufgaben

Übungsaufgabe Verteilung anpassen — Histogramm & Dichten in R mittel Übung 13, Aufgabe 2

Gegeben ist eine Stichprobe mit n=40n=40 Beobachtungen (siehe R-Code). Löse in R: a) Stelle die Stichprobe in einem Histogramm mit Fläche 1 dar — wie könnte die zugehörige stetige Zufallsvariable verteilt sein? b) Schätze die Parameter einer (i) Normal-, (ii) Exponential- und (iii) χ²-Verteilung. c) Füge die angepassten Dichten in verschiedenen Farben hinzu. d) Welches Modell beschreibt die Daten am besten?

RParameterschätzungDichteanpassungHistogramm (Fläche 1)Modellwahl
R R-Lösung anzeigen
R
x <- c(0.2,0.6,2.9,0.7,1.1,0.1,0.2,0.1,0.1,0.0,0.2,0.8,0.2,0.0,1.2,2.4,
       0.1,0.3,0.4,0.7,0.6,0.6,0.3,0.5,0.2,0.2,2.5,0.5,0.1,0.7,1.3,0.1,
       0.2,0.7,2.0,1.1,0.5,0.6,2.4,0.3)
hist(x, freq = FALSE, main = "Anpassung", xlab = "x")
curve(dnorm(x, mean(x), sd(x)), add = TRUE, col = "blue")
curve(dexp(x, rate = 1/mean(x)), add = TRUE, col = "red")
curve(dchisq(x, df = round(mean(x))), add = TRUE, col = "darkgreen")
Ausgabe
# rechtsschief -> Exponential (rot) passt am besten

Lösung

0/6 aufgedeckt
Quellen:K07 S.418, K07 S.419, K07 S.420, K07 S.421, K07 S.422, K07 S.423

Abruf-Quiz

Frage 1 / 3

Welche Eigenschaft bedeutet, dass der Erwartungswert der Schätzfunktion gleich dem wahren Parameter ist?