正态性检验方法汇总

简介: 正态性检验方法汇总

该篇文章主要介绍了统计检验中正态性检验的常用方法理论,包括图示法、偏度/峰度检验法、非参数检验方法,同时附相关R语言程序进行正态性检验的常用函数。

1 图示法

   ①P-P图

   以样本的累计频率作为横坐标,以按照正态分布计算的相应累计概率纵坐标,以样本值表现为直角坐标系的散点。如果数据服从正态分布,则样本点应围绕第一象限的对角线分布。

   ②Q-Q图

   以样本的分位数作为横坐标,以按照正态分布计算的相应累计概率作为纵坐标,把样本表现为直角坐标系的散点。如果数据服从正态分布,则样本点应围绕第一象限的对角线分布。

   ③直方图

   判断样本直方图是否以钟型分布,同时可以选择输出正态性曲线。

   ④箱线图

   通过观察矩形位置和中位数,若矩形位于中间位置,且中位数位于矩形的中间位置,则分布较为均匀,否则是偏态数据。

   ⑤茎叶图

   通过观察图形的分布状态,是否对称分布。

2 偏度、峰度检验法

  ①偏度、峰度系数分布性质

  样本k阶中心距:bk=n11i=1n(xixˉ)k

  样本偏度系数:r1=b232b3

  该系数用于检验样本对称性,当r1=0时,分布是对称的;当r1>0时,呈正偏态;当r1<0时,呈负偏态。

  样本峰度系数:

image.png

  该系数用于检验样本峰态,当r2=0时,分布是正态分布;当r2>0时,呈尖峰分布r2<0时,呈扁平分布。

  考虑原假设H0:F(x)服从正态分布:备择假设H1:F(x)不服从正态分布。

  当原假设为真时,检验统计量:

image.png

  当JB统计量的P值小于显著性水平α时,则拒绝正态性分布的原假设。

3 非参数检验方法

  ①Kolmogorov-Smirnor检验(KS)

  KS检验基于经验分布函数,该检验用大样本近似。该检验方法为比较一个频率分布f(x)与理论分布g(x)或者两个观测值分布的检验方法。其原假设H0两个数据分布一致或者数据符合理论分布。统计量:

image.png

  当实际观测值Dn>D(n,α)则拒绝H0,否则则接受H0假设。

  需要注意的是样本数据如果有结点(及是重复的数据),则无法计算准确的P值。

  ②Lilliefors检验(K-S检验的修正)

  当总体均值和方差未知时,用样本的均值和方差代替后,再用K-S检验法。

原假设 H 0 : F ( x ) 服从正态分布 ; 备择假设 H 1 : F ( x ) 不服从正态分布。 原假设H_0:F(x)服从正态分布;备择假设H1:F(x)不服从正态分布。原假设H0:F(x)服从正态分布;备择假设H1F(x)不服从正态分布。

  ③Shapiro-Wilk检验(Shapiro)

  W 检验全称 Shapiro-Wilk 检验,是一种基于相关性的算法。计算可得到一个相关系数,它越接近 1 就越表明数据和正态分布拟合得越好。

  W检验统计量:

image.png

m=(m1,m2,,mn)是样本顺序统计量的样本均值,V是样本。

  若W>Wα,则接受正态性假设。

  ④ χ2拟合优度检验

  检验统计量:

image.png

  若r为被待估参数。

  若服从正态分布,χ2应较小,其中p值大于显著性水平α时,拒绝原假设。

  ⑤达戈斯提诺(D′Agostino)法

  即D检验,1971提出,正态性D检验该方法效率高,是比较精确的正态检验法。

  ⑥AD检验

  ⑦CVM检验

4 主要R包及代码

  ①ks.test()

  例如零假设为N(15,0.2),则ks.test(x,“pnorm”,15,0.2)。如果不是正态分布,还可以选"pexp", "pgamma"等。

   ②shapiro.test()

  可以进行关于正态分布的Shapiro-Wilk检验。

  ③nortest包

lillie.test()可以实行更精确的Kolmogorov-Smirnov检验。
ad.test()进行Anderson-Darling正态性检验。
cvm.test()进行Cramer-von Mises正态性检验。
pearson.test()进行Pearson卡方正态性检验。
sf.test()进行Shapiro-Francia正态性检验。

  ④fBasics包

normalTest()进行Kolmogorov-Smirnov正态性检验。
ksnormTest()进行Kolmogorov-Smirnov正态性检验。
shapiroTest()进行Shapiro-Wilk's正态检验。
jarqueberaTest()进行jarque-Bera正态性检验。
dagoTest进行D'Agostino正态性检验。
gofnorm采用13种方法进行检验,并输出结果。


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