Доверительный интервал

Точечной называют оценку, которая определяется одним числом. Все оценки, рассмотренные выше, — точечные. При выборке малого объема точечная оценка может значительно отличаться от оцениваемого параметра, т. е. приводить к грубым ошибкам. По этой причине при небольшом объеме выборки следует пользоваться интер­вальными оценками.

Интервальной называют оценку, которая определяется двумя числами - концами интервала. И нтервальные оценки позволяют установить точность и надежность оценок (смысл этих понятий выясняется ниже).

Пусть найденная по данным выборки статистическая характеристика служит оценкой неизвестного пара­метра . Будем считать постоянным числом ( может быть и случайной величиной). Ясно, что тем точнее определяет параметр , чем меньше абсолютная величина разности | - |. Другими словами, если > 0 и | - | < , то чем меньше , тем оценка точнее. Таким образом, положительное число характеризует точность оценки.

Однако статистические методы не позволяют катего­рически утверждать, что оценка удовлетворяет нера­венству | - |< ; можно лишь говорить о вероят­ности , с которой это неравенство осуществляется.

Надежностью (доверительной вероятностью) оценки по называют вероятность с которой осуществ­ляется неравенство | - | < .

Обычно надежность оценки задается наперед, причем в качестве у берут число, близкое к единице. Наиболее часто задают надеж­ность, равную 0,95; 0,99 и 0,999.

Пусть вероятность того, что | - | < , равна

P [| - | < ] = .

Заменив неравенство | - | < , равносильным ему двой­ным неравенством - , или , имеем

Р[ ] =

Это соотношение следует понимать так: вероятность того, что интервал () заключает в себе (покры­вает) неизвестный параметр , равна .

Доверительным называют интервал , который покрывает неизвестный параметр с заданной надежностью .

Замечание. Интервал имеет случайные концы (их называют доверительными границами). Действительно, в разных выборках получаются различные значения . Следовательно, от выборки к выборке будут изменяться и концы довери­тельного интервала, т. е. доверительные границы сами являются случайными величинами — функциями от .

Так как случайной величиной является не оцениваемый пара­метр , а доверительный интервал, то более правильно говорить не о вероятности попадания в доверительный интервал, а о вероят­ности того, что доверительный интервал покроет .

Метод доверительных интервалов разработал амери­канский статистик Ю. Нейман, исходя из идей англий­ского статистика Р. Фишера.