Q Final Sprint墨大 BCom 大一 · 期末复习
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公式 · 分布 · 判据 速查表

正式考试会随卷提供公式表与 Excel 数值表,所以背公式不是目的,能秒判"该用哪一条"才是目的。本页的价值在于帮你在 5 秒内完成题型识别。

全课程公式全表 df 对照 + z 值秒查 六类题型秒判 十个高频陷阱
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使用方式

先遮住右侧,凭记忆默写;再对照本表补漏。凡默写不出的公式,回到对应周页面重读。考前 1 小时只扫本页。

〇、万能引擎:一切检验的同一行公式

检验统计量的构造逻辑 \[ \text{检验统计量} = \frac{\text{样本估计值} - \text{在 } H_0 \text{ 下的参数值}}{\text{估计量的标准误}} \]
把下面每一类公式都看成这一行的"填法",你就不会再混。
场景检验统计量分布 / df
单样本均值,\( \sigma \) 已知\( z = \dfrac{\bar{x}-\mu_0}{\sigma/\sqrt{n}} \)\( N(0,1) \)
单样本均值,\( \sigma \) 未知\( t = \dfrac{\bar{x}-\mu_0}{s/\sqrt{n}} \)\( t_{n-1} \)
单样本比例\( z = \dfrac{p-\pi_0}{\sqrt{\pi_0(1-\pi_0)/n}} \)\( N(0,1) \),须 \( n\pi_0,\,n(1-\pi_0)\ge 10 \)
独立样本均值(方差不等)\( t = \dfrac{(\bar{x}_1-\bar{x}_2)-D_0}{\sqrt{\frac{s_1^2}{n_1}+\frac{s_2^2}{n_2}}} \)Welch df
配对样本\( t = \dfrac{\bar{d}-D_0}{s_d/\sqrt{n}} \)\( t_{n-1} \)(n = 对数)
两比例(\( D_0=0 \),合并)\( z = \dfrac{p_1-p_2}{\sqrt{p_c(1-p_c)\left(\frac{1}{n_1}+\frac{1}{n_2}\right)}} \)\( N(0,1) \)
两比例(\( D_0\neq 0 \),不合并)\( z = \dfrac{(p_1-p_2)-D_0}{\sqrt{\frac{p_1(1-p_1)}{n_1}+\frac{p_2(1-p_2)}{n_2}}} \)\( N(0,1) \)
回归斜率 / 截距\( t = \dfrac{b_1-\beta_1^0}{s_{b_1}} \)\( t_{n-2} \)

一、df(自由度)对照表 —— 最高频失分点

情形df记忆法
单样本均值 t\( n-1 \)估了 1 个参数(均值)
配对 t\( n-1 \)n 是"对"的个数
独立样本,方差假定相等(Case 2)\( n_1+n_2-2 \)估了 2 个均值
独立样本,方差假定不等(Case 3,QM1 用)Welch 公式向下取整见 §四 G
回归\( n-2 \)估了 2 个系数 ——最容易错
比例检验 / 比例 CI—用 z 分布,无 df

二、z 值秒查表(背下来)

置信水平90%95%98%99%
双尾 \( z_{\alpha/2} \)1.6451.9602.3262.576
单尾 \( z_{\alpha} \)1.2821.6452.0542.326

另需记住:\( P(0<Z<1.96)=0.4750 \)、\( P(Z>1.96)=0.025 \);经验法则 68–95–99.7;第 90 百分位 \( z=1.28 \)、第 95 百分位 \( z=1.645 \)、第 99 百分位 \( z=2.326 \)、第 10 百分位 \( z=-1.28 \)。

三、六类知识块 · 全部公式

A. 描述统计(Ch 3–4)

集中趋势与离散度 \[ \bar{x} = \frac{\sum x_i}{n}, \qquad \mu = \frac{\sum x_i}{N}, \qquad s^2 = \frac{\sum (x_i-\bar{x})^2}{n-1}, \qquad s = \sqrt{s^2} \]
样本方差分母 n−1(无偏),总体方差分母 N。方差单位是原单位的平方,解释离散度用标准差。
变异系数 · z 分数 · 四分位距 \[ CV = 100\times\frac{s}{\bar{x}}, \qquad z_i = \frac{x_i-\bar{x}}{s}, \qquad IQR = Q_3-Q_1, \qquad R = x_{\max}-x_{\min} \]
CV 无单位,可跨数据集比较离散度(仅当均值 > 0)。\( |z|>2 \) 为 unusual,\( |z|>3 \) 为 outlier。
协方差与相关系数 \[ r = \frac{s_{XY}}{s_X s_Y} = \frac{\sum (x_i-\bar{x})(y_i-\bar{y})}{\sqrt{\sum (x_i-\bar{x})^2}\sqrt{\sum (y_i-\bar{y})^2}}, \qquad -1 \le r \le 1 \]
协方差有单位、不可解释强弱;相关系数无单位才可解释。\( r \) 只度量线性关系。
组宽(频数分布) \[ \text{Bin width} = \frac{x_{\max}-x_{\min}}{k} \quad \text{(向上取整到"好看"的整数)} \]
偏态判断:\( \bar{x}>\text{Median} \) → 右偏;\( \bar{x}<\text{Median} \) → 左偏。

B. 概率(Ch 5)

三条法则与独立性 \[ P(A') = 1-P(A),\quad P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B),\quad P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \] \[ \text{独立} \iff P(A\mid B)=P(A) \iff P(A\cap B)=P(A)P(B) \]
"or" 是并集,务必减交集(除非互斥)。独立 ≠ 互斥。

C. 离散分布(Ch 6)

期望与方差 \[ E[X]=\sum_i x_i P(x_i), \qquad \Var(X)=\sum_i (x_i-\mu)^2 P(x_i), \qquad \sigma=\sqrt{\Var(X)} \]
均匀离散 · Bernoulli · 二项 \[ \text{Uniform } U(a,b):\ P=\frac{1}{b-a+1},\ \mu=\frac{a+b}{2},\ \sigma^2=\frac{(b-a+1)^2-1}{12} \] \[ \text{Bernoulli}:\ E=\pi,\ \Var=\pi(1-\pi) \] \[ \text{Binomial}:\ P(X=x)=\binom{n}{x}\pi^x(1-\pi)^{n-x},\ E=n\pi,\ \Var=n\pi(1-\pi) \]
二项形状:\( \pi<0.5 \) 右偏,\( \pi>0.5 \) 左偏,\( \pi=0.5 \) 对称。
变换与组合 \[ E[aX+b]=aE[X]+b, \qquad \Var(aX+b)=a^2\Var(X), \qquad \sigma_{aX+b}=|a|\sigma_X \] \[ \Var(X+Y)=\Var(X)+\Var(Y)\ (\text{独立}), \qquad \Var(aX+bY)=a^2\Var(X)+b^2\Var(Y)+2ab\,\mathrm{Cov}(X,Y) \]
加常数 b 不改变离散度——这是最常见的错。

D. 连续分布与正态(Ch 7)

均匀连续与正态 \[ \text{Uniform } U(a,b):\ f(x)=\frac{1}{b-a},\ P(c<X<d)=\frac{d-c}{b-a},\ \sigma^2=\frac{(b-a)^2}{12} \] \[ \text{Normal}:\ f(x)=\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{1}{2}\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right)^2}, \qquad z=\frac{x-\mu}{\sigma},\qquad x=\mu+z\sigma \]
\( P(X>x)=0.5-P(0<Z<z) \)(z>0)。查表给的是"0 到 z 的面积",不是"小于 z 的面积"。

E. 抽样分布与置信区间(Ch 8)

标准误与 CLT \[ \sigma_{\bar{x}}=\frac{\sigma}{\sqrt{n}}, \qquad \sigma_p=\sqrt{\frac{\pi(1-\pi)}{n}}, \qquad \bar{X}\sim N\!\left(\mu,\frac{\sigma}{\sqrt{n}}\right)\ \text{(CLT, }n\ge 30\text{)} \]
四类置信区间 \[ \text{均值 }\sigma\text{ 已知}:\ \bar{x}\pm z_{\alpha/2}\frac{\sigma}{\sqrt{n}} \qquad \text{均值 }\sigma\text{ 未知}:\ \bar{x}\pm t_{\alpha/2}\frac{s}{\sqrt{n}}\ (\df=n-1) \] \[ \text{比例}:\ p\pm z_{\alpha/2}\sqrt{\frac{p(1-p)}{n}} \qquad \text{均值差}:\ (\bar{x}_1-\bar{x}_2)\pm t_{\alpha/2}\sqrt{\frac{s_1^2}{n_1}+\frac{s_2^2}{n_2}} \] \[ \text{配对}:\ \bar{d}\pm t_{\alpha/2}\frac{s_d}{\sqrt{n}} \qquad \text{两比例差}:\ (p_1-p_2)\pm z_{\alpha/2}\sqrt{\frac{p_1(1-p_1)}{n_1}+\frac{p_2(1-p_2)}{n_2}} \]
比例 CI 用样本 p;两比例差 CI 永不合并。

F. 假设检验与功效(Ch 9–10)

两类错误与功效 \[ \alpha = P(\text{拒绝 } H_0 \mid H_0 \text{ 真}), \qquad \beta = P(\text{不拒绝 } H_0 \mid H_0 \text{ 假}), \qquad \text{Power}=1-\beta \] \[ p<\alpha \Rightarrow \text{拒绝 } H_0 \qquad \text{双尾检验} \iff (1-\alpha)\text{ 置信区间(不含 }\mu_0\text{ 则拒绝)} \]
只能说 "fail to reject \( H_0 \)",绝不能说 "accept \( H_0 \)"。同时降低 α 与 β 只能靠增大样本量。
Welch 自由度(Case 3)与合并比例 \[ \df = \frac{\left(\frac{s_1^2}{n_1}+\frac{s_2^2}{n_2}\right)^2}{\frac{(s_1^2/n_1)^2}{n_1-1}+\frac{(s_2^2/n_2)^2}{n_2-1}} \quad (\text{向下取整}), \qquad p_c = \frac{x_1+x_2}{n_1+n_2} \]

G. 简单线性回归(Ch 12)

离差平方和与系数 \[ SS_{xx}=\sum(x_i-\bar{x})^2,\quad SS_{yy}=\sum(y_i-\bar{y})^2,\quad SS_{xy}=\sum(x_i-\bar{x})(y_i-\bar{y}) \] \[ b_1=\frac{SS_{xy}}{SS_{xx}}, \qquad b_0=\bar{y}-b_1\bar{x}, \qquad \hat{y}_i=b_0+b_1x_i, \qquad e_i=y_i-\hat{y}_i \]
拟合优度 \[ \mathrm{SST}=\sum(y_i-\bar{y})^2,\quad \mathrm{SSR}=\sum(\hat{y}_i-\bar{y})^2,\quad \mathrm{SSE}=\sum e_i^2,\quad \mathrm{SST}=\mathrm{SSR}+\mathrm{SSE} \] \[ R^2=\frac{\mathrm{SSR}}{\mathrm{SST}}=1-\frac{\mathrm{SSE}}{\mathrm{SST}}=r^2 \]
SSR 是 "Regression" 解释掉的,SSE 是 "Error" 剩下的。\( R^2 \) 与斜率符号无关。
回归推断 \[ s_e^2=\frac{\mathrm{SSE}}{n-2}, \qquad s_e=\sqrt{s_e^2}, \qquad s_{b_1}=\frac{s_e}{\sqrt{SS_{xx}}}, \qquad s_{b_0}=s_e\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{\bar{x}^2}{SS_{xx}}} \] \[ b_1\pm t_{\alpha/2}s_{b_1}, \qquad t_{calc}=\frac{b_1-\beta_1^0}{s_{b_1}}\ (\df=n-2) \]
条件均值 CI vs 单个值预测区间 \[ \text{条件均值 CI}:\ \hat{y}\pm t_{\alpha/2}\,s_e\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{(x-\bar{x})^2}{SS_{xx}}} \] \[ \text{单个值 PI}:\ \hat{y}\pm t_{\alpha/2}\,s_e\sqrt{1+\frac{1}{n}+\frac{(x-\bar{x})^2}{SS_{xx}}} \]
PI 必然更宽——那个多出来的 "1" 就是"单个观测围绕其条件均值的随机波动"。

四、六类题型秒判表

考场最高效的技能:看到题干关键词,立刻反应出方法。

题干关键词立刻反应动作
"a simple random sample of n …", 给了 \( \bar{x} \) 与 \( s \)单样本均值\( t=\frac{\bar{x}-\mu_0}{s/\sqrt{n}} \),df \( = n-1 \),写七段式
"number of successes … out of n …", "proportion", 百分数比例先用 z;查 \( n\pi_0 \ge 10 \);检验分母用 \( \pi_0 \),CI 用 \( p \)
"two independent samples", "two groups", "sample A and sample B"独立样本 t先算 Welch df(向下取整)
"the same n subjects", "before and after", "matched pairs", "each case measured twice"配对 t先算 \( \bar{d}, s_d \),再算 \( t \)
"relationship between X and Y", "scatter plot", "regression"回归\( SS \to b_1,b_0 \to s_e,s_{b_1} \to t \),df \( =n-2 \)
"construct a X% confidence interval"CI定 z/t → 套区间公式 → 写解释句

五、十个高频陷阱

#陷阱正确做法
1双尾 p 值忘记乘 2\( H_1 \) 是 \( \neq \) 就提醒自己 ×2
2回归 df 用 \( n-1 \)回归是 \( n-2 \)
3\( \Var(aX+b) \) 里带了 b只有 \( a^2 \);加常数不改变离散度
4比例检验用样本 p 算分母检验用 \( \pi_0 \);CI 用 \( p \)
5两比例 CI 用了合并比例CI 永不合并
6配对数据当独立样本做看到"同一批"就用配对公式
7写"接受 \( H_0 \)"只能写 "fail to reject"
8\( H_0 \) 写成 \( < \) 或 \( \neq \)\( H_0 \) 必须含等号
9CI 解释写成"参数有 95% 概率落在区间内""We are 95% confident that … lies between …"
10Welch df 向上取整向下取整(24.03 → 24)

六、三道"抄答案级别"的标准句式

置信区间解释

"We are 95% confident that the true population mean [写出变量] lies between … and …."

假设检验结论

"Since \( |t_{calc}|=\ldots<\ldots \), we do not reject \( H_0 \). There is insufficient evidence at the 5% significance level to conclude that the average … differs from …"

\( R^2 \) 解释

"[X] explains …% of the variation in [Y]. The remaining …% is attributable to factors not included in the model (and to random variation)."

七、Excel 函数速查(练习时用)

功能函数示例
样本均值 / 中位数 / 众数AVERAGE / MEDIAN / MODE.SNGL=AVERAGE(A2:A45)
样本方差 / 标准差VAR.S / STDEV.S=STDEV.S(A2:A45)
分位数 / 四分位PERCENTILE.EXC / QUARTILE.EXC=QUARTILE.EXC(A2:A45,1)
协方差 / 相关系数COVARIANCE.S / CORREL=CORREL(A2:A45,B2:B45)
二项 PDF / CDFBINOM.DIST=BINOM.DIST(2,12,0.1,0) → 0.2301
正态累积 / 分位数NORM.DIST / NORM.INV=NORM.DIST(30,28,5,1) → 0.6554
标准正态分位数NORM.S.INV=NORM.S.INV(0.99) → 2.326
t 临界值(单尾/双尾)T.INV / T.INV.2T=T.INV.2T(0.10,23) → 1.714
t 右尾 / 双尾 p 值T.DIST.RT / T.DIST.2T=T.DIST.2T(1.534,23) → 0.1387
z 的 p 值NORM.S.DIST=NORM.S.DIST(-1.975,1) → 0.0241
⚠️
冷门保险题:总体方差的置信区间

现行程课未讲 χ² 分布,但早期练习题考过。背下这一行,成本 10 分钟: \[ \frac{(n-1)s^2}{\chi^2_{\alpha/2,\,n-1}} \le \sigma^2 \le \frac{(n-1)s^2}{\chi^2_{1-\alpha/2,\,n-1}} \]