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文檔簡介
第五節(jié)正態(tài)分布及其應(yīng)用正態(tài)分布重要的概率分布,統(tǒng)計分析方法的基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)研究中的多數(shù)觀察指標服從或近似服從正態(tài)分布;很多統(tǒng)計方法建立在正態(tài)分布的基礎(chǔ)之上;很多其他分布的極限為正態(tài)分布。
一、正態(tài)分布的概念和圖形(a)(b)(c)(d)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)為:
,(-∞<X
<+∞)式中,有4個常數(shù),
為總體均數(shù),
為總體標準差,π為圓周率,e為自然對數(shù)的底,其中
,
為不確定的常數(shù),π,e為固定常數(shù),僅X為變量,代表圖形上橫軸的數(shù)值,f(X)為縱軸數(shù)值。當給定
和
,就可繪制出一條正態(tài)分布曲線。正態(tài)分布曲線是一簇曲線。正態(tài)分布圖形:對稱的鐘型(最高點在均數(shù)處)兩側(cè)逐漸下降兩端在無窮遠處與橫軸無限接近。一般情況下,我們用N(
,
2)表示均數(shù)為
,方差為
2的正態(tài)分布。-5-4-3-2-1012345
=1
=1.5
=2f不同標準差
的正態(tài)分布示意二、正態(tài)分布的特征特征一正態(tài)分布是一單峰分布,高峰位置在均數(shù)X=
處。特征二正態(tài)分布以均數(shù)為中心,左右完全對稱。特征三正態(tài)分布取決于兩個參數(shù),即均數(shù)
和標準差
。
為位置參數(shù),
變大,則曲線沿橫軸向右移動;
變小,曲線沿橫軸向左移動。
為形態(tài)參數(shù),表示數(shù)據(jù)的離散程度,若
小,則曲線形態(tài)“瘦高”;
大,則曲線形態(tài)“矮胖”。特征四
有些指標不服從正態(tài)分布,但通過適當變換后服從正態(tài)分布,如對數(shù)正態(tài)分布。特征五正態(tài)分布曲線下的面積分布是有規(guī)律的。用F(X)代表橫軸自-∞到X間曲線下面積,即下側(cè)累計面積(概率)。曲線下(X1,X2)兩個數(shù)值之間的面積則可以用與的差值求得:
無論
,
取什么值,正態(tài)分布密度曲線下的面積分布有以下幾個規(guī)律:①正態(tài)密度函數(shù)曲線與橫軸間的面積恒等于1或100%;②正態(tài)分布是對稱分布。其對稱軸為直線X=
,X>
與X<
范圍內(nèi)曲線下面積相等,各占50%;③曲線下面積常用規(guī)律:
在區(qū)間(
-
,
+
)內(nèi)的曲線下面積為68.27%;在區(qū)間(
-1.64
,
+1.64
)內(nèi)的面積為89.90%,在區(qū)間(
-1.96
,
+1.96
)內(nèi)的面積為95.00%;在區(qū)間(
-2.58
,
+2.58
)內(nèi)的面積為99.00%。三、標準正態(tài)分布
將正態(tài)分布變量作標準化變換,就得到均數(shù)為0,標準差為1的標準正態(tài)分布(standardnormaldistribution)標準化變換公式:正態(tài)分布的概率密度函數(shù)方程就簡化為標準正態(tài)分布的概率密度函數(shù)方程:,(-∞<u
<+∞)
對其定積分:式中
(u)為標準正態(tài)變量u的累計分布函數(shù),反映了橫軸自-∞到u的正態(tài)曲線下面積,也就是下側(cè)累計面積(概率)。引入標準化變換后,對于其他任何正態(tài)分布都可以借助標準正態(tài)分布表估計任意(X1,X2)范圍內(nèi)的頻數(shù)比例。例、已知u1=-1.76,u2=-0.25,求標準正態(tài)曲線下(-1.76,-0.25)范圍內(nèi)的面積。查附表1,得(-∞,-1.76)范圍內(nèi)的面積為0.0392,(-∞,-0.25)范圍內(nèi)的面積為0.4013,則(-1.76,-0.25)范圍內(nèi)的面積D=0.4013-0.0392=0.3621。附表1中只列出了曲線下從-∞到0范圍內(nèi)的面積對于u>0的范圍面積,利用正態(tài)分布的對稱性,通過
(u)=1-
(-u)來求曲線下的面積。注意點一例、已知u1=-1.20,u2=1.60,求標準正態(tài)曲線下(-1.20,1.60)范圍內(nèi)的面積。查附表1,得(-∞,-1.20)范圍內(nèi)的面積為0.1151,(-∞,-1.60)范圍內(nèi)的面積為0.0548,利用正態(tài)分布的對稱性,求
(1.60)=1-
(-1.60)則(-∞,1.60)范圍內(nèi)面積為1-0.0548=0.9452。(-1.20,1.60)范圍內(nèi)的面積D=0.9452-0.1151=0.8301。
注意點二對于非標準正態(tài)分布,求曲線下任意(X1,X2)范圍內(nèi)的面積,可先作標準化變換,再借助標準正態(tài)分布表求得。例、某市120名12歲男童身高的例子中已求得均數(shù)為143.05cm,標準差s=5.82cm。設(shè)該資料服從正態(tài)分布,試求①該地12歲男童身高在132cm以下者占該地12歲男童總數(shù)的比例,②分別求±1s、±1.96s和±2.58s范圍內(nèi)12歲男童占該組兒童總數(shù)的實際百分數(shù),并與理論百分數(shù)比較。①計算u=(132.0-143.05)/5.82=-1.90查表得,
(u)=
(-1.90)=0.0287②身高范圍(cm)實際分布理論分布(%)人數(shù)百分數(shù)(%)±1.00s137.23~148.878772.5068.27±1.96s131.64~154.4611495.0095.00±2.58s128.03~158.0711898.3399.00四、正態(tài)分布的應(yīng)用醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中有很多的指標是服從或近似服從正態(tài)分布。如:同性別同年齡正常兒童的身高、體重,同性別健康成人的紅細胞數(shù)以及實驗中的隨機誤差等一般都服從正態(tài)分布。有一些指標不服從正態(tài)分布,但經(jīng)過變量變換后,能近似服從正態(tài)分布。如:對數(shù)正態(tài)分布(一)估計頻率分布例、若由某項研究得某地嬰兒出生體重為3100g,標準差為300g,試估計該地區(qū)當年出生低體重兒(出生體重≤2500g)所占比例。認為當年該地區(qū)嬰兒出生體重近似服從正態(tài)分布N(3100,3002),作標準化變換:查附表1,得
(-2.00)=0.0228得出結(jié)論,估計該地區(qū)當年出生低體重兒所占比例為2.28%。例、已知某地健康成年男子的紅細胞計數(shù)是以μ=5.00×1012/L,σ=0.25×1012/L的正態(tài)分布,試問紅細胞計數(shù)在4.50×1012/L至5.20×1012/L之間,占該地健康成年男子的百分之幾?將變量值標準正態(tài)轉(zhuǎn)換為u。當x=4.50時,u1=(4.50-5.00)/0.25=-2.00當x=5.20時,u2=(5.20-5.00)/0.25=0.80查附表1標準正態(tài)曲線下
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