Pearson 卡方拟合优度检验

Karl Pearson 在 1900 发表论文,提出卡方拟合优度检验,这是世界上第一个正式的拟合优度检验,标志拟合优度检验正式诞生。 核心思想: 把数据分组,对比观测频数(实际数)和理论期望频数(模型预测数),构造卡方统计量,衡量二者差距;差距大到一定程度,就拒绝这个分布模型。

χ2=∑(O−E)2E\chi^2 = \sum\dfrac{(O – E)^2}{E}

逻辑是,O 和 E 越接近,$chi^2$越小 → 数据和理论分布越吻合

假设设定

H0H_0:样本服从该指定理论分布

H1H_1:样本不服从该理论分布

判定规则(α=0.05)(alpha = 0.05)

  • P>0.05P > 0.05:不能拒绝原假设,没有足够证据否定该分布
  • P<0.05P < 0.05:拒绝H0H_0,数据不符合这个理论分布
自由度 df=k−1−mdf = k – 1-m

其中 kk 是分组组数,mm 是从样本数据中估计出来的参数个数

1900 皮尔逊原始论文漏掉了减去 m;1922–1924 R.A. Fisher 指出这个错误,修正自由度,完善这套理论。。

实施步骤
  1. 设定原假设:数据服从某理论分布(如泊松、正态)
  2. 将全部数据划分成k个区间(组)
  3. 统计每组实际观测频数O
  4. 根据理论分布,计算每组的期望频数E
  5. 计算卡方统计量
  6. 查卡方分布表或者软件求 P 值,做出判断
适用条件
  1. 观测之间相互独立;
  2. 样本是随机抽样;
  3. 期望频数要求:
    • 标准要求:每组期望频数 E ≥5
    • 宽松版:E≥1,少于 5 的组数不能超过总组数 20%
    如果 E 太小,卡方近似效果很差,需要合并相邻组。
优缺点

✅优点

  1. 通用拟合优度方法,离散分布尤其好用(二项、泊松);
  2. 原理直观,容易理解,计算简单;
  3. 可以检验任意指定理论分布。

❌缺点

  1. 必须分组,分组会丢失原始数据信息;连续数据做正态性检验时,不如 A-D 检验;
  2. 分组边界人为选择,分组方式不同,结论可能变;
  3. 对尾部数据不敏感;
  4. 有期望频数的限制,小样本不好用。

工程实操:Minitab 里很少用卡方拟合优度做正态性检验;检验正态优先 A-D。卡方拟合优度更多用于离散分布(泊松、二项)。

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