İstatistik ve Olasılık · 7. Ünite: Parametre Tahmini

Nokta Tahmini (Point Estimation)

Bir seçim anketinde "adayın oy oranı %41" ya da bir üretim hattında "ortalama ömür 1 204 saat" denildiğinde, popülasyonun tamamı değil, yalnızca bir örnek gözlenmiştir; söylenen sayı bilinmeyen bir parametrenin tahminidir. Aynı parametre için pek çok formül önerilebilir; hangisinin "iyi" olduğuna sapma (bias), varyans, ortalama hata karesi ve tutarlılık gibi ölçütlerle karar verilir. Konunun sonunda yansız ve etkin tahmin edicileri ayırt edecek, $s^2$'nin neden $n-1$ ile bölündüğünü ispatlayacak, MSE'yi hesaplayacak ve en çok olabilirlik yöntemiyle tahmin edici türetebileceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Örnekten Parametreye

  2. Yansızlık ve Standart Hata

  3. Etkinlik, MSE ve Tutarlılık

  4. En Çok Olabilirlik Yöntemi (MLE)

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Tablo Okuma: Tahmin Edicileri Karşılaştırma

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Tahmin edici (estimator)
Örnekten hesaplanan, parametre içermeyen ve parametreyi tahmin etmekte kullanılan rastgele değişken $\hat\Theta = h(X_1,\dots,X_n)$.
Tahmin değeri (estimate)
Gözlenen örnek için tahmin edicinin aldığı tek bir sayısal değer, örneğin $\bar x = 6$.
Yansızlık (unbiasedness)
$E(\hat\Theta) = \theta$ koşulu; sapma $E(\hat\Theta) - \theta$ sıfırdır.
Standart hata (standard error)
Tahmin edicinin standart sapması; $\bar X$ için $\sigma/\sqrt n$, $\hat p$ için $\sqrt{p(1-p)/n}$.
Etkinlik (efficiency)
Yansız tahmin edicilerden varyansı küçük olanın daha etkin olması; göreli etkinlik varyans oranıdır.
Ortalama hata karesi (MSE)
$E[(\hat\Theta-\theta)^2] = \text{Var}(\hat\Theta) + \text{bias}^2$; hem yayılımı hem sapmayı ölçer.
Tutarlılık (consistency)
$n \to \infty$ iken tahmin edicinin olasılıkta parametreye yakınsaması; sapma ve varyans sıfıra giderse sağlanır.
En çok olabilirlik tahmin edicisi (MLE)
Olabilirlik fonksiyonunu $L(\theta) = \prod f(x_i;\theta)$ en büyük yapan $\hat\theta$ değeri.
Yanlılık–varyans ödünleşimi
Sapmayı azaltmanın varyansı artırabildiği, MSE'yi küçük yapan dengenin aranması gerektiği ilkesi.

Örnek soru

$\hat\Theta$, $\theta$ parametresi için bir tahmin edici olsun. "$\hat\Theta$ yansızdır (unbiased)" ifadesi aşağıdakilerden hangisini anlatır?

  1. Her örnekte $\hat\Theta = \theta$ olur.
  2. $\hat\Theta$'nın varyansı sıfırdır.
  3. $n \to \infty$ iken $\hat\Theta$ olasılıkta $\theta$'ya yakınsar.
  4. Ortalama hata karesi $E[(\hat\Theta-\theta)^2]$ sıfırdır.
  5. $\hat\Theta$'nın örnekleme dağılımının beklenen değeri $\theta$'dır: $E(\hat\Theta) = \theta$.

Doğru cevap: E

Çözüm

1. Yansızlık tanımı, tahmin edicinin örnekleme dağılımının merkezi ile ilgilidir: $\text{bias} = E(\hat\Theta) - \theta = 0$.
2. Bu, aynı yöntemi sonsuz sayıda yeni örneğe uyguladığımızda tahminlerin ortalamasının $\theta$ olması demektir; tek bir örnekte $\hat\theta = \theta$ olması gerekmez (A yanlış).
3. Varyansın sıfır olması (B) ya da MSE'nin sıfır olması (D) tahmin edicinin sabit ve her zaman doğru olduğu anlamına gelir; bu yansızlıktan çok daha güçlü bir koşuldur.
4. $n$ büyürken yakınsama (C) tutarlılıktır, yansızlıkla ayrı bir kavramdır.
Cevap: E. En güçlü çeldirici C'dir; tutarlılık ve yansızlık sık karıştırılır.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular