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正态分布检验:检验序列数据是否符合正态分布

2024年08月04日 Python 我要评论
正态分布检验方法,主要为JB检验和Shapiro-wilk检验(W检验)

正态分布检验

雅克-贝拉检验(jarque-bera-test)(jb检验)

介绍

jb检验主要适用于样本数量大于30,而且样本数越多,jb检验效果越准确。

jb检验主要用于判断数据是否符合总体正态分布,而且构造的jb统计量需要符合自由度为2的卡方分布,即为。jb统计量如下所示。

(n为样本量,s为偏度,k为峰度)

jb检验主要利用峰度偏度构造jb统计量,峰度和偏度的直观表现形式如图所示。峰度越大,体现即为曲线越陡峭,峰度越低,曲线约平缓。偏度约大,远离标准正态分布,偏度越小,也是远离标准正态分布。如图所示。

步骤

1. 构造假设h0和h1,分别为

h0:该随机变量服从正态分布。

h1:该随机变量不服从正态分布。

2. 求出数据的峰度和偏度,构造jb统计量,确定相对应置信水平下的拒绝域和接受域。计算得出p值,如果p值大于0.05,我们不能拒绝原假设(h0),否则我们可以拒绝原假设。

具体代码

调用scipy实现
def jb_test(data):
    # 样本规模数量n
    n = data.size
    data_distance = data - data.mean()
    '''
    m2:二阶中心距
    skew为偏度, skew = 三阶中心距跟m2^1.5的比
    krut为峰度, krut = 四节中心距与m2^2的比
    '''
    skew = stats.skew(y)
    krut = stats.kurtosis(y) + 3
    '''
    计算jb检验量,而且建立假设检验
    '''
    # 公式
    jb = n * (skew**2 / 6 + (krut - 3)**2 / 24)
    # 双侧检验
    p_value = 1 - stats.chi2.cdf(jb, df=2)

    return np.array([jb, p_value])
复现构造统计量和计算p值实现
def jb_test(data):
    # 样本规模数量n
    n = data.size
    data_distance = data - data.mean()
    '''
    m2:二阶中心距
    skew为偏度, skew = 三阶中心距跟m2^1.5的比
    krut为峰度, krut = 四节中心距与m2^2的比
    '''
    m2 = np.mean(**2)
    skew = np.mean(data_distance**3) / m2**1.5
    krut = np.mean(data_distance**4) / m2**2
    '''
    计算jb检验量,而且建立假设检验
    '''
    # 公式
    jb = n * (skew**2 / 6 + (krut - 3)**2 / 24)
    # 双侧检验
    p_value = 1 - stats.chi2.cdf(jb, df=2)

    return np.array([jb, p_value])

夏皮洛-威尔克检验(shapiro-wilk)检验

介绍

shapiro-wilk检验又称为w检验,适用于一定样本量n(8<n<50)的研究对象总是符合正态分布。将样本量为n的样本按照大小顺序编排,然后根据公式计算统计量w的值,该值越接近于1,且显著水平大于0.05时,我们就没法拒绝原假设

w统计量构造如下,

代码

def shapiro_wilk_test(data):
    # 利用shapiro-wilk test检验其是否服从正态分布
    return stats.shapiro(data)
    # 输出(统计量w的值,p值)
    # w的值越接近1就越表明数据和正态分布拟合得越好,p值>指定水平,不拒绝原假设,可以认为样本数据服从正态分布

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