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R软件实现分层随机抽样与参数估计教程
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更新于2024-08-05
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本文主要探讨了如何在R软件环境下实施分层随机抽样方法,这是一种常见的统计抽样技术,特别是在大规模或复杂数据集中的应用。首先,作者强调了抽样调查通常包含样本选择和总体参数估计两个关键步骤,R软件通过sampling和survey包提供了强大的工具支持。 在完整抽样框的情况下,即我们拥有所有总体单元的信息,文章详细介绍了如何利用R进行分层抽样,包括如何根据预先划分的层次独立抽取样本,并利用各层样本的大小进行权重计算,从而估计总体参数。这种方法确保了样本的代表性,使得总体参数的估计更为精确。 然而,现实中的情况可能并非总是完整抽样框,可能存在缺失数据或者无法获取某些单元的信息。这时,文章特别关注了非完整抽样框的情况,即仅凭样本数据而非整个抽样框。在这种情况下,作者展示了如何利用R软件进行处理,即使在样本数据受限的情况下,依然可以利用样本估计总体参数,例如通过估计填补缺失值或采用适当的抽样策略来推断未观察到的单元。 文中还提到了两个资助项目,表明了作者的研究背景和目标,即提升广西高校中青年教师的基础能力,以及推动河池学院课程教学模式的改革。两位作者分别作为讲师和副教授,他们的研究方向分别是抽样调查与数据分析和应用数学,这为文章的专业性和实用性提供了坚实的支持。 这篇文章不仅介绍了分层随机抽样的基本理论,还结合R软件的实际操作,为读者提供了一种实用的教学方法,帮助学生深入理解和掌握这一统计方法,特别是针对非完整抽样框问题的解决方案。这对于学习者在实际工作中运用R软件进行数据处理和分析具有重要的指导意义。
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统计与决策2017年第22期·总第490期
基于R软件的分层随机抽样方法
卢玉桂,黄基廷
(河池学院 数学与统计学院,广西 宜州 546300)
摘 要:文章以分层随机抽样为例,介绍了在完整抽样框下,运用 R 软件完成样本的抽取与总体参数的估计
的方法,以及在仅样本数据的情况下(非完整抽样框),如何运用R 软件完成总体参数的估计。
关键词:R 软件;分层随机抽样;完整抽样框;非完整抽样框
中图分类号:O212.4 文献标识码:A 文章编号:1002-6487(2017)22-0036-04
基金项目:广西高校中青年教师基础能力提升项目(KY2016LX279);河池学院课程教学模式改革项目(2015KTJY11)
作者简介:卢玉桂(1988—),女,广西崇左人,硕士,讲师,研究方向:抽样调查与数据分析。
(通讯作者)黄基廷(1964—),男,广西天等人,副教授,研究方向:应用数学。
0 引言
一般而言,抽样调查涉及两个重要的过程,即样本的
选取与总体参数的估计。R 软件提供了进行抽样的 sam-
pling 包和对抽样结果进行估计的 survey 包,运用 R软件可
进行样本的选取与总体参数的估计,但目前关于如何运用
R 软件进行抽样和分析的介绍很少,特别是对于非完整抽
样框下如何进行总体参数的估计更是无人提及,这不利于
学生理解与掌握有关理论方法。因此,本文以分层随机抽
样为例,介绍在完整抽样框下如何运用R软件实现样本选
取与总体参数的估计,以及非完整抽样框下如何运用 R 软
件实现总体参数的估计,使学生更好地理解与掌握分层随
机抽样的有关理论及R软件实现。
1 分层随机抽样的相关理论
所谓分层随机抽样
[1]
,就是将总体的
N
个单元按某个
变量划分为“不重不漏”的
L
个子总体(层),并在每一层中
独立地按简单随机抽样方法抽取样本,总的样本量
n
由各
层样本组成,总体参数的估计值由各层样本参数加权汇总
得到的抽样方法。
假设在分层随机抽样中,
L
个子总体的单元总数依次
记为
N
1
N
2
N
L
,从每层独立抽取的样本量依次记为
n
1
n
2
n
L
,第
h
层的
N
h
个总体指标值记为
Y
h1
Y
h2
Y
hN
h
,第
h
层的
n
h
个的样本指标值记为
y
h1
y
h2
y
hn
h
,
则有第
h
层的层权 W
h
=
N
h
N
,第
h
层的抽样比 f
h
=
n
h
N
h
,第
h
层的总体均值 Y
ˉ
h
=
1
N
h
å
i = 1
N
h
Y
hi
,第
h
层的样本均值
y
ˉ
h
=
1
n
h
å
i = 1
n
h
y
hi
,第
h
层的总体方差和样本方差分别为
S
2
h
=
1
N
h
- 1
å
i = 1
N
h
(Y
hi
- Y
ˉ
h
)
2
和 s
2
h
=
1
n
h
- 1
å
i = 1
n
h
(y
hi
- y
ˉ
h
)
2
。
1.1 简单估计
由于分层随机抽样是各层都独立的按简单随机抽样
抽取样本,所以第
h
层的样本均值
y
ˉ
h
是其总体均值
Y
ˉ
h
的
无 偏 估 计 量 。 容 易 验 证 ,分 层 随 机 抽 样 的 简单 估 计
y
ˉ
st
=
å
h = 1
L
W
h
y
ˉ
h
是总体均值
Y
ˉ
的无偏估计量。无偏性是衡量
估计量优劣的一个标准,但不是唯一标准,一般还需要考
虑进度的高低,精度通常用估计量的标准差来衡量。估计
量
y
ˉ
st
方差
V (y
ˉ
st
)
的无偏估计为:
v(y
ˉ
st
) =
å
h = 1
L
W
h
1 - f
h
n
h
s
2
h
(1)
估计量
y
ˉ
st
的标准差为:
s(y
ˉ
st
) = v(y
ˉ
st
) =
å
h = 1
L
W
h
1 - f
h
n
h
s
2
h
(2)
由式(2)可知,分层随机抽样的精度与层内方差 s
2
h
的
大小有关,因而在选择分层变量时应选取层内差异小,层
间差异大的变量,从而提高抽样估计的精度。
在进行分层随机抽样调查时,若存在与调查的主要变
量
Y
高度相关的辅助变量
X
,利用辅助变量
X
的信息将
有利于提高抽样估计的精度。借助辅助变量
X
进行参数
估计时的方法有比估计和回归估计两种方式。
1.2 比估计
分层随机抽样的比估计包括分别比估计和联合比估
计两种,其中,分别比估计是先计算各层的比估计量
R
h
,
然后再进行加权平均;而联合比估计则是先对比率的分
子、分母进行加权平均,然后构造比估计。一般情况下,在
各层样本量
n
h
都比较大时,常用分别比估计进行估计。
反之,在总样本量
n
比较大时,则用联合比估计进行估计。
假设
X
为与主要变量
Y
高度相关的辅助变量,
X
1
X
2
X
L
为辅助变量
X
的
L
个总体总值,
x
h1
x
h2
x
hn
h
为
理 论 新 探
DOI:10.13546/j.cnki.tjyjc.2017.22.008
36
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kdbshi
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