T检验 与 F(方差)分析

文摘   2024-11-16 15:31   湖南  

1. 概述

T检验(T-Test)

  • 概念:T检验用于比较两个样本均值之间的差异是否显著,适用于样本量较小且数据服从正态分布的情形。

  • 核心思想:通过检验均值差异是否可能由抽样误差引起,得出两个样本的均值是否显著不同。

  • 类型

  1. 单样本T检验(One-Sample T-Test):比较样本均值与已知总体均值的差异。

  2. 独立样本T检验(Independent-Samples T-Test):比较两个独立样本均值的差异。

  3. 配对样本T检验(Paired-Samples T-Test):比较两个配对样本(如实验前后测量)的均值差异。

方差分析(Analysis of Variance, ANOVA)

  • 概念:方差分析是一种统计方法,用于比较多个样本均值之间是否存在显著差异。

  • 核心思想:通过分析组间方差与组内方差的比例,判断组间差异是否显著大于组内差异。

  • 类型

  1. 单因素方差分析(One-Way ANOVA):比较一个因子下的多个组均值。

  2. 双因素方差分析(Two-Way ANOVA):同时比较两个因子对均值的影响。

  3. 重复测量方差分析(Repeated Measures ANOVA):比较同一组样本在不同时间点或条件下的均值差异。



2. 适用场景

(1)T检验

  • 比较两个样本或两个变量的均值:

    • 单样本T检验:评估某学生群体的考试均分是否显著高于全国平均值。

    • 独立样本T检验:比较男性和女性在某项测试中的平均分差异。

    • 配对样本T检验:分析某治疗方法前后的患者病症评分差异。

(2)方差分析

  • 比较三个及以上组的均值差异:

    • 单因素方差分析:比较不同教学方法对学生成绩的影响(如传统教学、在线教学、混合教学)。

    • 双因素方差分析:比较性别(男、女)和教育方式(线上、线下)对学习成绩的交互作用。

    • 重复测量方差分析:分析同一组人在不同时期的体重变化(如治疗前、治疗中、治疗后)。



3. 核心步骤与公式

T检验

  1. 假设检验

    原假设(H₀):均值差异不显著(两组均值相等)。

    备择假设(H₁):均值差异显著(两组均值不相等)。

  2. 检验统计量



    c. 显著性水平:选择显著性水平(如α=0.05\alpha = 0.05),根据自由度查找t分布表的临界值。

    方差分析

    1. 假设检验

      原假设(H₀):各组均值无显著差异。

      备择假设(H₁):至少有一组均值与其他组不同。

    2. 检验统计量(F值)

      F=组间方差组内方差F = \frac{\text{组间方差}}{\text{组内方差}}

    • 组间方差(MSB):反映组间均值的差异。MSB=组间平方和(SSB)自由度(dfB)MSB = \frac{\text{组间平方和(SSB)}}{\text{自由度(dfB)}}

    • 组内方差(MSW):反映组内样本差异。MSW=组内平方和(SSW)自由度(dfW)MSW = \frac{\text{组内平方和(SSW)}}{\text{自由度(dfW)}}

    c.显著性水平通过F分布表查找F值的临界值,判断是否拒绝原假设。


    4. T检验与方差分析的联系与区别


    5. 实际应用示例

    T检验示例

    某学校调查一组学生的英语成绩(样本均值为75,标准差为10,样本量为30),与全国平均成绩70相比是否显著更高:

    • 在自由度为29,显著性水平α=0.05\alpha=0.05下,查表得临界值为2.045。因为2.74 > 2.045,拒绝原假设,说明成绩显著高于全国均值。

    方差分析示例

    某实验研究三种肥料对作物产量的影响,产量数据如下:

    • 肥料A:10, 12, 14

    • 肥料B:15, 18, 16

    • 肥料C:20, 22, 21 使用单因素方差分析,计算F值,若显著,则说明肥料种类对作物产量有显著影响。


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