İstatistik ve Olasılık · 7. Ünite: Parametre Tahmini

Oranlar İçin Güven Aralıkları

Seçim anketlerinden kalite kontrole, aşı etkinliğinden web sitesi dönüşüm oranlarına kadar pek çok soru bir popülasyon oranı $p$ hakkındadır ve cevabı "yüzde kaç" biçimindedir. Oran için güven aralığı, örnek oranı $\hat p$'nin etrafındaki hata payını verir ve haberlerde "hata payı $\pm 3$ puan" olarak sunulan sayının kaynağıdır. Konunun sonunda Wald aralığını merkezi limit teoreminden türetecek, gereken örnek büyüklüğünü hesaplayacak, yaklaşımın ne zaman çöktüğünü anlayacak ve Wilson ile Agresti–Coull gibi iyileştirmeleri uygulayacak, iki oran farkı için aralık kuracaksın.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Anketler ve Hata Payı

  2. Wald Aralığının Türetimi

  3. Örnek Büyüklüğü

  4. Wald Aralığının Zayıf Yönleri: Wilson ve Agresti–Coull

  5. İki Oran Farkı İçin Güven Aralığı

  6. Çözümlü Örnekler

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Örnek oranı (sample proportion)
$\hat p = X/n$; $p$ için yansız ve en çok olabilirlik tahmin edicisi, $\text{Var}(\hat p) = p(1-p)/n$.
Wald aralığı
$\hat p \pm z_{\alpha/2}\sqrt{\hat p(1-\hat p)/n}$; normal yaklaşıma dayanan standart oran aralığı.
Hata payı (margin of error)
Aralığın yarı genişliği $E$; ankette çoğunlukla $\hat p = 0{,}5$ için hesaplanır.
En kötü durum örnek büyüklüğü
$p(1-p) \le 1/4$ olduğundan $p$ bilinmeden $n = z_{\alpha/2}^2/(4E^2)$ yeterlidir.
Normal yaklaşım koşulu
$np$ ve $n(1-p)$ en az 10 (ya da 5); binom dağılımının yeterince simetrik olması için gerekir.
Wilson aralığı
Skor testinden türeyen, $[0,1]$ içinde kalan ve kapsama oranı Wald'dan iyi olan oran aralığı.
Agresti–Coull aralığı
Her gruba 2 başarı ve 2 başarısızlık ekleyerek $\tilde p = (x+2)/(n+4)$ ile kurulan pratik aralık.
Kapsama olasılığı (coverage probability)
Aralık kurma yönteminin gerçek $p$'yi içerme olasılığı; Wald için küçük $n$ ve uç $p$'de nominal düzeyin altındadır.
Üç kuralı (rule of three)
$n$ gözlemde hiç başarı yoksa %95 üst sınır $\approx 3/n$.

Örnek soru

400 kişilik bir örneklemde $\hat p = 0{,}42$ bulunmuştur. $\hat p$'nin standart hatasının tahmini $\sqrt{\hat p(1-\hat p)/n}$ kaçtır?

  1. 0,0006
  2. 0,0324
  3. 0,4936
  4. 0,0247
  5. 0,0494

Doğru cevap: D

Çözüm

1. $\hat p(1-\hat p) = 0{,}42\cdot0{,}58 = 0{,}2436$.
2. $\text{SE} = \sqrt{0{,}2436/400} = \sqrt{0{,}000609} =$ 0,0247.
3. 0,0006 karekök alınmamış varyanstır; 0,0324 $\sqrt{\hat p/n}$ (tamamlayıcı $1-\hat p$ unutulmuş); 0,4936 $\sqrt{\hat p(1-\hat p)}$ ($n$'e bölünmemiş); 0,0494 SE'nin iki katıdır (yaklaşık hata payı $\sim 2\,\text{SE}$ ile karıştırılmış).
Cevap: D.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular