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統計学 メモ

Last updated at Posted at 2018-04-19

統計学

標本

母集団の中の一部のデータ

標本平均

標本の平均

標本分散

それぞれのデータの標本平均からのズレの2乗の平均
{(A-平均)^2+(B-平均)^2}/個数

標本標準偏差

s
√標本分散
るーとになると絶対値になる

標本不偏分散

標本のデータのばらつきだが、より母分散に近い値。
u^2 = 標本分散*データの個数/データの個数-1

標本不偏分散の標準偏差(標本不偏標準偏差)

u = √標本不偏分散
るーとになると絶対値になる

母集団

ターゲット集団全体。
この中の一部が標本。

母平均

母集団の平均。

X

主題

x

データ一つ

確率変数

X=x

密度関数

統計データを曲線にする関数

確率分布

密度関数によってあらわされる図

確率分布の面積(積分)

実際の確率

ガウス分布

もっとも有名でよく使われる密度関数
N(μ, σ^2)

母平均

ガウス分布の中央値
μ

分散

σ^2 = {(A-母平均)^2+(B-母平均)^2}/個数
ガウス分布における中央値からのズレ
x = μ+σの時に曲線の角度が90度になる(積分が0)

標準偏差

σ = √母分散

x = μ+3σの時のy

ほとんど0

標準正規分布

ガウス分布が複雑すぎて積分できないので、シンプルにした密度関数。
μを0、σを1としたガウス分布。
ガウス分布のxを標準正規分布のzとする。
z = x - μ / σ
これを標準化という。

-3σから+3σまでの範囲でほとんど100%になる。(実値:0.997)

それを外れると「外れ値」と呼ばれることになる。
-5σから+5σを外れると「異常値」と呼ばれることになる。

人間が決めた誤差を「仕様」という。

仕様を外れた商品は販売できない。

仕様は人間が決める

仕様(SP) = μ-+ERROR (ERRORは人が決める)

自然なばらつき:μ-+3σ (正方向の3σと負方向の3σでシックスシグマと呼ばれる)

SPがシックスシグマより外にある場合には、

シックスシグマを出ても外れ値にも異常値にもならない。

X~N(μ, σ^2)のとき

avg(X)~N(μ, σ^2/n)

(x1 + x2 + ... + xn) / n == avg(x)

x1 + x2 + ... + xn を めもりにするとき、山形になる。
写真参照

パーソナルデータ

個人データ。
その個人の過去データがビッグデータになる。

projection(射影)

2次元から1次元には落とせるが逆は不可

F={1,2}, X={1,2} のとき P(F=1) の確率は P(X=1, F=1)+P(X=2, F=1)

条件付き確率

F=1という条件の下で(F=2という可能性を排除した世界で)、P(X=1) である可能性を P(X=1|F=1) と書く。これを条件付き確率という。
そのとき、 P(X=1|F=1) = P(X=1, F=1)/P(F=1)。
パーソナルデータを統計するときに条件付き確率はよく使われる。

データ同化

モデルをデータに近づけること
世界の統計結果と自分の体験知識をくっ付ける

ベイズの定理

DのもとでHである確率 = HのもとでDである確率 / Dである確率

ベイズ更新

ベイズの定理を利用して出した確率を、「事前確率」として更にベイズの定理を計算すること。
これを繰り返せば繰り返すほど、精度が上がっていく。

ニューラルネットワーク

統計学によく使われる、人間の脳と似た構造のネットワーク。
その中にベイジアンネットという、ベイズ統計学によく使われる考え方がある。

統計学とベイズ統計学

母集団 = ターゲット集団
母集団の平均を母平均という。
母平均は統計学では一つの固定した値。
母平均はベイズ統計学では確率変数で、確率分布に従う。
統計学:設備の温度の平均は時によってまばらだが、「確率1で100度」というように(月に毎週朝、温度を測って)仮定して、その仮定の集まり(標本)を使用して推定する。
ベイズ統計学:設備の温度は確率変数で100度である確率は90%、100度でない可能性も存在する。標本を取り、温度を推定するのではなくて、温度と確率密度関数のセット"確率分布"(x%でy度)を使用して推定する。

ベイズ統計学の基礎

データをD、モデルmにおけるパラメータをwとする。
モデル:統計の主題。例えば「浮気の確率について」など。
パラメータ:モデルのパラメータ。例えば浮気をしてるかしてないか。

事前分布

p(w|m)。
証拠が見つかる前の浮気してる確率。

尤度

p(D|w,m)。
あるパラメータにおけるデータの尤も(もっとも)らしさ。

事後分布

p(w|D,m)。
証拠が見つかった後の浮気してる確率。

エビデンス

p(D|m)。
データの周辺尤度。
データに対するモデルの尤もらしさ。

ベイズの定理

事後分布 = (尤度*事前分布)/エビデンス

推定

統計学(ベイズは含めない)でよく使われる。
白黒つけたがる。

最尤推定

あるデータからパラメータを推定すること。
データから浮気をしてるかしてないかを推定すること。

MAP推定

最大事後確率推定。
事後確率の高い方の確率をとるということ。

予測分布

新たなデータ(新たな浮気の証拠の存在)を予測する分布。

ベイズ推定

事前分布を考えて事後分布を推定すること。

ニューラルネットとベイジアンネットの違い

NNは一つ一つのニューロンに対して数値が設定されるが、
BNは数値ではなく、確率分布が設定される。
BNはパラメータの事前分布を考えるNN。

ライブラリ

クロス集計は

棒グラフ

変化の様子もみたいときは

面グラフ
帯グラフ

結果が1種類の時は

比較が目的->棒グラフ
変化の様子(トレンド)->折れ線グラフ

結果が複数種類の時は

比較が目的 -> 折れ線グラフ(多分)(もしかしたら棒グラフかも?)
変化の様子(トレンド)-> 帯グラフ(|面グラフ)

回帰直線

散布図に線を引いたやつ

無作為標本抽出

無作為に取り出したデータ

母平均や母分散は一般には測定不可能(未知)。

標本平均や(標本分散|標本不偏分散)から推定する。

根源事象

サイコロの確率で例えれば
1,2,3,4,5,6。

標本空間

サイコロの確率で例えれば
U={1,2,3,4,5,6}

事象

Uの一部
例:偶数の出目

数学的確率

Uのうちの何%か。

統計的確率

サイコロを何回も投げて偶数が何回出たか数える

確率の公理

0以上1以下、ある事象が起きる確率は重複しない事象の要素の確率の和

確率平均・期待値(母平均の近似)

U = {1,2,3,4,5,6}のとき
P(1) = 1/6
P(2) = 1/6
...
P(6) = 1/6
で、そのときの母平均の近似(確率平均/期待値)は
1*P(1)+2*P(2)+3*P(3)+...6*P(6)

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