一類依特定的概率分佈而製作的座標紙。對於每個連續的分佈函數,都可以設計一種座標紙,使該分佈函數在其上的圖形呈一條直線。因此,概率紙常依概率分佈來命名,例如正態概率紙、對數正態概率紙,威佈林概率紙和伽瑪概率紙等。利用概率紙,可根據樣本對總體分佈的類型進行檢驗,對分佈參數進行估計,以及進行其他簡便快速的統計推斷。

  概率紙的原理和方法,可以用圖1的正態概率紙為例來說明。正態概率紙的橫軸(常表為x>軸)采用一般的等距刻度;而在縱軸等距刻度u=(x-μ)/σ處標以數值

式中 σ(>0)與 μ是選定的常數;Ф是標準正態分佈函數。在這張坐標紙上,一個均值為 μ,標準差為 σ的 正態分佈的圖像,是一條通過點( μ,0.5)而斜率為1/ σ的直線。若有瞭樣本 x 1x 2,…, x n,則對每個 i,首先用樣本對分佈函數在 x i點的值 F( x i)作一估計擴( x i)然後把點( x i,擴( x i)標在正態概率紙上。若這些點很靠近一直線,則說明總體分佈很接近正態分佈。在 n很大時,可以用經驗分佈函數(見 樣本)估計 Fx i)。若 n較小,則先將樣本觀測值按從小到大的次序排列為 。然後用 i/( n+1)估計 F( x ( i )),也可使用 或中位秩數值表。

  例如,從某種規格的一批電阻中,隨機抽取n=15隻,實際測量的電阻值按從小到大的次序排列的數值x(i)及相應的擴(x(i)值由公式

計算,見表。

  將上述15對數據(x(i)),擴(x(i))(i=1,2,…,15)標在正態概率紙上,它們基本上成直線排列(圖1

)。這說明這批電阻的電阻值大體上遵從正態分佈。用目測的方法配置一條盡可能靠近所有這些點的直線,則在直線上相應於 F( x)=50%點的橫坐標值2.05(歐姆)可以作為均值 μ的估計;相應於 F( x)=15.9%(正態分佈下小於 μσ的概率)的點的橫坐標值1.74(歐姆)可以作為 μ- σ的估計。得到 σ的估計值 =2.05-1.74=0.31(歐姆)。

  其他連續分佈的概率紙的構造與使用方法,與正態概率紙相同。不同的地方隻在於坐標軸上的刻度。例如,對數正態概率紙的橫軸采用對數刻度,縱軸刻度與正態概率紙相同。威佈爾概率紙(見圖2

)的橫軸(常表為 t軸)用對數刻度,縱軸則是按lnln(1- F( t)) -1刻度,其中 F( t)是位置參數為0的威佈爾分佈函數。在圖上根據觀測值配置直線後,如需估計分佈參數等數字特征,還需用到印在概率紙上方和右上方的附加尺。以上兩種概率紙在 壽命數據統計分析中應用相當廣泛。

  利用概率紙作圖,對定時或定數截尾的不完全數據也適用,因為此時對一部分t值,F(t)仍可估計。近年來,有一種稱為累積危險率紙的坐標紙,可以處理各種類型的不完全數據。它的構造也隨分佈而異,但用累積危險率Λ(t)代替F(t),除瞭估計Λ(t)的方法不同外,其他使用方法與一般概率紙基本相同。

  統計分析紙,也即二項概率紙(圖3

),它是另一種常用的概率紙,它的形式和構造與連續分佈的概率紙不同,它是由在坐標軸都為平方根刻度的坐標紙上,加上一個四分之一圓及若幹附加尺而構成的。它的基本原理是R.A.費希爾提出的反正弦變換,若 k遵從 二項分佈 Bnp),費希爾在1922年證明瞭當 n→∞時, 的漸近分佈是正態分佈,而且漸近方差1/ 4 n與總體參數無關。

  據此,他首先指出平方根紙可以用作統計推斷。後來經過若幹改進和補充,逐漸成為目前使用的形式。統計分析紙可用於對百分率的檢驗,泊松分佈均值的檢驗,符號檢驗以及制定抽樣檢驗方案和控制圖等。

  利用概率紙作統計推斷具有直觀、簡單、使用方便等優點,故雖然精度差些,仍受到應用工作者的重視。

  

參考書目

 劉璋溫、戴樹森、方開泰編:《概率紙淺說》,科學出版社,北京,1980。

 J.R.King,Probability charts for Decision Making,Industrial Press,New York,1971.