《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》教案

《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》典型教案教學(xué)內(nèi)容：極大似然估計(jì)法教學(xué)目的：通過本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)，使學(xué)生：1、明確極大似然估計(jì)法是在總體分布類型已知的情況下的一種常用的參數(shù)估計(jì)方法；2、理解極大似然思想；3、掌握求極大似然估計(jì)值的一般步驟，會求常見分布參數(shù)的極大似然估計(jì)值．教學(xué)重點(diǎn)：1、對極大似然思想闡述；2、極大似然估計(jì)值的求解．教學(xué)難點(diǎn)：對不能通過求導(dǎo)方法獲得極大似然估計(jì)的值的確定．教學(xué)時(shí)數(shù)：２學(xué)時(shí)．教學(xué)過程：引例：某位同學(xué)與一位獵人一起外出打獵，一只野兔從前方竄過．只聽一聲槍響，野兔應(yīng)聲到下，如果要你推測，這一發(fā)命中的子彈是誰打的？你就會想，只發(fā)一槍便打中，由于獵人命中的概率一般大于這位同學(xué)命中的概率，看來這一槍是獵人射中的．這個(gè)例子所作的推斷就體現(xiàn)了極大似然法的基本思想．一、極大似然思想例１、設(shè)袋中裝有許多黑、白球，不同顏色球的數(shù)量比為3:1，試設(shè)計(jì)一種方法，估計(jì)任取一球?yàn)楹谇虻母怕剩治觯阂字闹禑o非是1/4或3/4．為估計(jì)的值，現(xiàn)從袋中有放回地任取3只球，用數(shù)，則．按極大似然估計(jì)思想，對的取值進(jìn)行估計(jì)．表示其中的黑球解：對的不同取值，取的概率可列表如下:０１２３故根據(jù)極大似然思想即知：．在上面的例子中，是分布中的參數(shù)，它只能取兩個(gè)值：1/4或3/4，需要通過抽樣來決定分布中參數(shù)究竟是1/4還是3/4．在給定了樣本觀測值后去計(jì)算該樣本出現(xiàn)的概率，這一概率依賴于的值，為此需要用1/4、3/4分別去計(jì)算此概率，在相對比較之下，哪個(gè)概率大，則就最象那個(gè)．二、似然函數(shù)與極大似然估計(jì)1、離散分布場合：設(shè)總體是離散型隨機(jī)變量，其概率函數(shù)為，其中是未知參數(shù)．設(shè)，這里，是常量，為取自總體的樣本．的聯(lián)合概率函數(shù)為是變量．若我們已知樣本取的值是，則事件發(fā)生的概率為．這一概率隨的值而變化．從直觀上來看，既然樣本值出現(xiàn)了，它們出現(xiàn)的概率相對來說應(yīng)比較大，應(yīng)使取比較大的值．換句話說，應(yīng)使樣本值的出現(xiàn)具有最大的概率．將上式看作的函數(shù)，并用表示，就有：（１）稱為似然函數(shù)．極大似然估計(jì)法就是在參數(shù)的可能取值范圍內(nèi)，選取使達(dá)到最大的參數(shù)值（２），作為參數(shù)的估計(jì)值．即取，使因此，求總體參數(shù)的極大似然估計(jì)值的問題就是求似然函數(shù)的最大值問題．這可通過解下面的方程（３）來解決．因?yàn)槭堑脑龊瘮?shù)，所以與在的同一值處取得最大值．我們稱為對數(shù)似然函數(shù)．因此，常將方程（３）寫成：（４）方程（４）稱為似然方程．解方程（３）或（４）得到的就是參數(shù)的極大似然估計(jì)值．如果方程（４）有唯一解，又能驗(yàn)證它是一個(gè)極大值點(diǎn)，則它必是所求的極大似然估計(jì)值．有時(shí)，直接用（４）式行不通，這時(shí)必須回到原始定義（２）進(jìn)行求解．２、連續(xù)分布場合：設(shè)總體是連續(xù)離散型隨機(jī)變量，其概率密度函數(shù)為，若取得樣本觀察值為，則因?yàn)殡S機(jī)點(diǎn)取值為時(shí)聯(lián)合密度函數(shù)值為．所以，按極大似然法，應(yīng)選擇的值使此概率達(dá)到最大．我們?nèi)∷迫缓瘮?shù)為，再按前述方法求參數(shù)的極大似然估計(jì)值．三、求極大似然估計(jì)的方法1、可通過求導(dǎo)獲得極大似然估計(jì)：當(dāng)函數(shù)關(guān)于參數(shù)可導(dǎo)時(shí)，?？赏ㄟ^求導(dǎo)方法來獲得似然函數(shù)極大值對應(yīng)的參數(shù)值．例２、設(shè)某工序生產(chǎn)的產(chǎn)品的不合格率為，抽個(gè)產(chǎn)品作檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有個(gè)不合格，試求的極大似然估計(jì)．分析：設(shè)是抽查一個(gè)產(chǎn)品時(shí)的不合格品個(gè)數(shù)，則服從參數(shù)為的二點(diǎn)分布．抽查個(gè)產(chǎn)品，中有個(gè)取則得樣本值為１，，其觀察值為，假如樣本有個(gè)不合格，即表示個(gè)取值為０．按離散分布場合方法，求的極大似然估計(jì)．解：（１）寫出似然函數(shù)：（２）對取對數(shù)，得對數(shù)似然函數(shù)：（３）由于對的導(dǎo)數(shù)存在，故將對求導(dǎo)，令其為０，得似然方程：（４）解似然方程得：（５）經(jīng)驗(yàn)證，在時(shí)，，這表明可使似然函數(shù)達(dá)到最大（６）上述過程對任一樣本觀測值都成立，故用樣本代替觀察值便得的極大似然估計(jì)為：將觀察值代入，可得的極大似然估計(jì)值為：，其中．若總體的分布中含有多個(gè)未知參數(shù)替方程（３），我們有方程組的極大似然估計(jì)值．時(shí)，似然函數(shù)是這些參數(shù)的多元函數(shù)．代，由這個(gè)方程組解得分別是參數(shù)例３、設(shè)某機(jī)床加工的軸的直徑與圖紙規(guī)定的中心尺寸的偏差服從，其中未知．為估計(jì)，從中隨機(jī)抽取根軸，測得其偏差為．試求的極大似然估計(jì)．分析：顯然，該問題是求解含有多個(gè)（兩個(gè)）未知參數(shù)的極大似然估計(jì)問題．通過建立關(guān)于未知參數(shù)的似然方程組，從而進(jìn)行求解．解：（１）寫出似然函數(shù)：（２）寫出對數(shù)似然函數(shù)：（３）將分別對求偏導(dǎo)，并令它們都為０，得似然方程組為：（４）解似然方程組得：，（５）經(jīng)驗(yàn)證使達(dá)到極大，（６）上述過程對一切樣本觀察值成立，故用樣本代替觀察值，便得的極大似然估計(jì)分別為：，．２、不可通過求導(dǎo)方法獲得極大似然估計(jì)：當(dāng)似然函數(shù)的非零區(qū)域與未知參數(shù)有關(guān)時(shí)，通常無法通過解似然方程來獲得參數(shù)的極大似然估計(jì)，這時(shí)可從定義（２）出發(fā)直接求的極大值點(diǎn)．例4、設(shè)總體服從均勻分布，從中獲得容量為的樣本，其觀測值為，試求的極大似然估計(jì)．分析：當(dāng)寫出其似然函數(shù)時(shí)，我們會發(fā)現(xiàn)的非零區(qū)域與有關(guān)，因而無法用求導(dǎo)方法來獲得的極大值．的極大似然估計(jì)，從而轉(zhuǎn)向定義（２）直接求解：寫出似然函數(shù)：為使達(dá)到極大，就必須使盡可能小，但是不能小于，因而取時(shí)使達(dá)到極大，故的極大似然估計(jì)為：．進(jìn)一步，可討論估計(jì)的無偏性：由于總體，其密度函數(shù)與分布函數(shù)分別為：，，從而的概率密度函數(shù)為：這說明