Кіріспе

Статистикалық маңыздылықты тексеруде бір жақты және екі жақты тест – бұл деректер жиынтығынан алынған параметрдің статистикалық маңыздылығын есептеудің баламалы тәсілдері, тест статистикасы тұрғысынан қарағанда. Егер бағаланған мән белгілі бір мәндер диапазонынан жоғары немесе төмен болса, екі жақты тест қолданылады, мысалы, емтихан тапсырушы нақты ұпайлар диапазонынан жоғары немесе төмен ұпай жинай ала ма. Бұл әдіс нөлдік гипотезаны тексеру үшін пайдаланылады және егер бағаланған мән сындық аймақта болса, нөлдік гипотезаға қарағанда балама гипотеза қабылданады. Егер бағаланған мән анықтамалық мәннен тек бір бағытта – солға немесе оңға ғана – ауытқуы мүмкін болса, бірақ екеуі де емес, онда бір жақты тест қолданылады. Мысалы, машина бір проценттен артық кемшілікті өнім шығара ма? Бұл жағдайда, егер бағаланған мән бір жақты сындық аймақтың бірінде болса, қызығушылықтың бағытына байланысты (жоғары немесе төмен), нөлдік гипотезаға қарағанда балама гипотеза қабылданады. Балама атаулары – бір жақты және екі жақты тестілер. «Құйрық» термині қолданылады, себебі байқаулар нөлдік гипотезаны қабылдамауға әкелетін үлестірулердің шеткі бөліктері кішкентай және көбінесе қалыпты үлестірімдегідей, сары түсте көрсетілген немесе оң жақтағы жасыл түстегі «қоңырау қисығы» сияқты нөлге қарай «құйрықтап» аяқталады.

Қолданбалар

Бір құйрықты сынақтар асимметриялық үлестірулер үшін қолданылады, олардың бір құйрығы бар, мысалы, хи-квадрат үлестіруі, олар сәйкестікті өлшеуде жиі қолданылады, немесе екі құйрықты үлестірудің бір жағы, мысалы, қалыпты үлестіру, орналасуды бағалауда жиі қолданылады; бұл бағытты нақтылауға сәйкес келеді. Екі құйрықты сынақтар тек екі құйрығы бар жағдайларда ғана қолданылады, мысалы, қалыпты үлестіруде, және екі бағыттың өзінің маңызды екенін қарастыруға сәйкес келеді. Рональд Фишердің тәсілі бойынша, H0 нөлдік гипотезасы сынақ статистикасының p-мәні жеткілікті түрде шекті болған кезде (сынақ статистикасының үлгілеу үлестіріміне қатысты) қабылданады, демек, бұл жағдайдың нәтижесі болуы екіталай деп есептеледі. Бұл әдетте алынған p-мәнін, параметрдің статистикалық маңыздылығын есептеу кезінде белгіленген маңыздылық деңгейімен (α) салыстыру арқылы жасалады. Бір құйрықты сынақта "шекті" дегеніміз алдын ала "жеткілікті кішкентай" немесе "жеткілікті үлкен" деп шешіледі – басқа бағыттағы мәндер маңызды емес деп есептеледі. Бір құйрықты p-мәні ретінде сол немесе оң құйрықтың ықтималдығын хабарлауға болады, бұл сынақ статистикасының H0-дан қаншалықты ауытқуына сәйкес келеді. Екі құйрықты сынақта "шекті" дегеніміз "жеткілікті кішкентай немесе жеткілікті үлкен" дегенді білдіреді, және екі бағыттағы мәндердің өзі маңызды деп есептеледі. Берілген сынақ статистикасы үшін бір екі құйрықты сынақ және екі бір құйрықты сынақ болады, әрқайсысы әртүрлі бағыттар үшін. Маңыздылық деңгейі (α) берілген кезде, екі құйрықты сынақ үшін сындық аймақтар үлестірудің екі шетінде, әрқайсысы α ауданымен орналасады. Балама ретінде, бір құйрықты сынақта сындық аймақ тек бір құйрықтың соңында, α ауданымен орналасады. Екі құйрықты сынақ үшін берілген маңыздылық деңгейіндегі сынақ статистикасының сәйкес бір құйрықты сынақтары, егер деректер сынақпен көрсетілген бағытта болса, екі есе маңыздырақ (p-мәнінің жартысы) деп есептеледі, немесе мүлдем маңызды емес (p-мәні α-дан жоғары) болады, егер деректер сынақпен көрсетілген сындық аймақтың қарама-қарсы бағытында болса. Мысалы, егер монетаны лақтырып, оның бетке қарауына бейім екенін тексеру бір құйрықты сынақ болса, онда "барлық беттер" деректері өте маңызды деп есептеледі, ал "барлық тылсымдар" деректері мүлдем маңызды емес (p = 1). Керісінше, оның екі бағытта да бейімділігін тексеру екі құйрықты сынақ болып табылады, және "барлық беттер" немесе "барлық тылсымдар" екеуі де өте маңызды деректер ретінде қарастырылады. Медициналық сынақтарда, әдетте, емдеудің нәтижелері кездейсоқтықтан жақсы ма, жоқ па, соған қызығушылық танытылады, демек, бір құйрықты сынақ ұсынылады; нашар нәтиже де ғылыми сала үшін қызықты, сондықтан емдеудің кездейсоқтықтан өзгеше нәтижелерге әкелетінін тексеру үшін екі құйрықты сынақ қолдану керек, яғни жақсырақ немесе нашаррақ. Архетипілік шайды татып көру экспериментінде Фишер әйелдің екі түрлі шайдың дайындалуын ажырату қабілеті кездейсоқтықтан жақсы ма, жоқ па, соны тексерді, оның қабілеті кездейсоқтықтан өзгеше ме екенін емес, сондықтан ол бір құйрықты сынақ қолданды.

Тәңкәлерді лақтыру мысалы

Тәңкә тастауда нөлдік гипотеза – 0,5 ықтималдығы бар Бернулли сынақтарының тізбегі, нәтижесінде кездейсоқ айнымалы X пайда болады, ол еске түскенде 1, ал құйрық түскенде 0 болады. Көп қолданылатын тест статистикасы – бас санының үлгілік орташасы. Егер монетаның еске қарай бұрылысқа ие екенін тексеру үшін бір жақты тест қолданылса, онда тек үлкен бас саны ғана маңызды болады. Осы жағдайда, бес еске (HHHHH) жиынтығы, орташа көрсеткіші 1-ге тең, пайда болу мүмкіндігі бар (5 рет қатарынан 2 мүмкін нәтижемен ((1/2)^5 = 1/32)). Егер тест (шектеу шегіне сәйкес келетін маңыздылық деңгейі) маңыздылық деңгейінде талданса, онда бұл маңызды болады (нөлдік гипотеза жобаланады). Алайда, егер монетаның еске немесе құйрыққа қарай бұрылысқа ие екенін тексеру үшін екі жақты тест қолданылса, бес еске (орташасы 1) жиынтығы бес құйрықтан (орташасы 0) тұратын жиынтықтай ғана ерекше болады. Нәтижесінде, p-мәні болады және егер тест маңыздылық деңгейінде талданса, бұл маңызды емес (нөлдік гипотеза жобаланбайды).

Тарих

P мәнін Карл Пирсон Пирсонның хи-квадраттық сынағында енгізген, онда ол P (түпнұсқалық белгілеу) статистиканың берілген деңгейде немесе одан жоғары болу ықтималдығы деп анықтады. Бұл бір жақты анықтама, ал хи-квадраттық үлестірім асимметриялық, тек оң немесе нөлдік мәндерді қабылдайды және тек бір жағы бар – жоғарғы жағы. Ол деректердің теориялық үлестірімге қаншалықты сәйкес келетінін өлшейді, мұнда нөл теориялық үлестіріммен толық сәйкестікті білдіреді; демек, p мәні осыдан нашар немесе одан да нашар сәйкестік болу ықтималдығын көрсетеді. Бір жақты және екі жақты сынақтар арасындағы айырмашылықты Рональд Фишер өзінің "Зерттеушілерге арналған статистикалық әдістер" атты ықпалды кітабында кеңінен таратты, онда ол оны әсіресе қалыпты үлестірімге қолданды, ол екі тең жақты симметриялық үлестірім. Қалыпты үлестірім – орналасудың жалпы өлшемі, сәйкестіктің өлшемі емес, және екі жағы бар, бұл орналасудың бағасы теориялық орналасудан жоғары немесе төмен болуына сәйкес келеді (мысалы, теориялық орташамен салыстырғандағы үлгі орташасы). Қалыпты үлестірім сияқты симметриялық үлестірімдер үшін бір жақты p мәні екі жақты p мәнінің дәл жартысына тең: Ол мұны осылай түсіндіреді, өйткені нақты деректер жиынтығы нөлдік гипотеза бойынша ықтимал емес болуы мүмкін, бірақ одан да экстремалды нәтижелер ықтимал, сондықтан осы тұрғыдан қарағанда, нақты, бірақ экстремалды емес, ықтимал емес деректер маңызды деп есептелмейді.

Ерекше сынақтар

Егер тест статистикасы нөлдік гипотезада Студенттің t-үлестіріміне сәйкес келсе – бұл негізгі айнымалы белгісіз масштабталу коэффициентімен қалыпты үлестіріліске ие болғанда жиі кездеседі, онда тест бір немесе екі құйрықты t-тест деп аталады. Егер тест үлгіден алынған шамалардың орнына, нақты популяцияның орташа мәні мен дисперсиясын қолданып жүргізілсе, онда ол бір немесе екі құйрықты Z-тест деп аталады. t және Z статистикалық кестелері бір және екі құйрықты тесттер үшін де шекті мәндерді ұсынады. Яғни, олар сынақ үлестірілімінің бір немесе екінші жағындағы бүкіл аймақты бөліп тастайтын, сондай-ақ сынақ үлестірілімінің екі жағындағы аймақтарды (жартылай өлшемде) бөліп тастайтын шекті мәндерді ұсынады.