第8章信頼区間
Introductionはじめに

credit: modification of work “sweet, orange, food, green, red, color, brown, blue, colorful, yellow, chocolate, snack, dessert, toy, plain, candy, sweetness, treat, confectionery, coated, m ms, hard shell, snack food, jelly bean”/ Pxhere, Public Domain · Public domain (stated in original image credit) · Source出典
Figure 8.1図 8.1
Have you ever wondered what the average number of M&Ms in a bag at the grocery store is? You can use confidence intervals to answer this question. (credit: modification of work “sweet, orange, food, green, red, color, brown, blue, colorful, yellow, chocolate, snack, dessert, toy, plain, candy, sweetness, treat, confectionery, coated, m ms, hard shell, snack food, jelly bean”/ Pxhere, Public Domain)
英語のヒント
食料品店で売られているM&Mの袋には、平均して何粒入っているのだろうと思ったことはあるだろうか。信頼区間を使えば、この問いに答えられる。(出典:Pxhereの作品「sweet, orange, food, green, red, color, brown, blue, colorful, yellow, chocolate, snack, dessert, toy, plain, candy, sweetness, treat, confectionery, coated, m ms, hard shell, snack food, jelly bean」を改変、パブリックドメイン)
Suppose you were trying to determine the mean rent of a two-bedroom apartment in your town. You might look in the classified section of the newspaper, write down several rents listed, and average them together. You would have obtained a point estimate of the true mean. If you are trying to determine the percentage of times you make a basket when shooting a basketball, you might count the number of shots you make and divide that by the number of shots you attempted. In this case, you would have obtained a point estimate for the true proportion.
英語のヒント
自分の町にある寝室2部屋のアパートの平均家賃を調べようとしているとする。新聞の案内広告欄を見て、掲載されている家賃をいくつか書き出し、平均を求めるかもしれない。これで真の平均の点推定値を得たことになる。バスケットボールのシュートが入る割合を調べたいなら、成功したシュート数を数え、試みたシュート数で割ればよい。この場合は、真の比率の点推定値を得たことになる。
We use sample data to make generalizations about an unknown population. This part of statistics is called inferential statistics. The sample data help us to make an estimate of a population parameter. We realize that the point estimate is most likely not the exact value of the population parameter, but close to it. After calculating point estimates, we construct interval estimates, called confidence intervals.
英語のヒント
未知の母集団について一般化するために、標本データを用いる。統計学のこの分野を推測統計という。標本データを使うと、母集団の母数を推定できる。点推定値は、たいてい母数の正確な値そのものではなく、それに近い値である。点推定値を求めた後で、信頼区間と呼ばれる区間推定を行う。
In this chapter, you will learn to construct and interpret confidence intervals. You will also learn a new distribution, the Student's-t, and how it is used with these intervals. Throughout the chapter, it is important to keep in mind that the confidence interval is a random variable. It is the population parameter that is fixed.
英語のヒント
この章では、信頼区間の作り方と解釈を学ぶ。また、スチューデントのt分布という新たな分布と、それを信頼区間でどのように使うかを学ぶ。この章を通じて、信頼区間は確率変数であることを忘れないようにする。固定されているのは母数である。
If you worked in the marketing department of an entertainment company, you might be interested in the mean number of songs a consumer downloads a month from Apple Music. If so, you could conduct a survey and calculate the sample mean, , and the sample standard deviation, s. You would use to estimate the population mean and s to estimate the population standard deviation. The sample mean, , is the point estimate for the population mean, μ. The sample standard deviation, s, is the point estimate for the population standard deviation, σ.
英語のヒント
娯楽企業のマーケティング部門で働いているなら、消費者がApple Musicから1か月にダウンロードする曲数の平均に関心を持つかもしれない。その場合は、調査を行い、標本平均と標本標準偏差sを求められる。を使って母平均を、sを使って母標準偏差を推定する。標本平均は母平均μの点推定値である。標本標準偏差sは母標準偏差σの点推定値である。
Each of and s is called a statistic.
とsは、それぞれ統計量と呼ばれる。
A confidence interval is another type of estimate but, instead of being just one number, it is an interval of numbers. It provides a range of reasonable values in which we expect the population parameter to fall. There is no guarantee that a given confidence interval does capture the parameter, but there is a predictable probability of success.
英語のヒント
信頼区間も推定の一種だが、1つの数値ではなく、数値の区間である。母数がその中に入ると見込まれる、妥当な値の範囲を与える。ある信頼区間が実際に母数を含むという保証はないが、含むことに成功する確率は予測できる。
Suppose, for the Apple Music example, we do not know the population mean μ, but we do know that the population standard deviation is σ = 1 and our sample size is 100. Then, by the central limit theorem, the standard deviation for the sample mean is
Apple Musicの例で、母平均μは分からないが、母標準偏差はσ = 1と分かっており、標本の大きさは100であるとする。このとき、中心極限定理により、標本平均の標準偏差は次のようになる:
The Empirical Rule, which applies to bell-shaped distributions, says that in approximately 95% of the samples, the sample mean, , will be within two standard deviations of the population mean μ. For our Apple Music example, two standard deviations is (2)(0.1) = 0.2. The sample mean is likely to be within 0.2 units of μ.
英語のヒント
釣鐘型の分布に適用される経験則によると、およそ95%の標本では、標本平均は母平均μから標準偏差2個分以内にある。このApple Musicの例では、標準偏差2個分は(2)(0.1) = 0.2である。標本平均は、μから0.2以内にある可能性が高い。
Because is within 0.2 units of μ, which is unknown, then μ is likely to be within 0.2 units of in 95% of the samples. The population mean μ is contained in an interval whose lower number is calculated by taking the sample mean and subtracting two standard deviations (2)(0.1) and whose upper number is calculated by taking the sample mean and adding two standard deviations. In other words, μ is between and in 95% of all the samples.
は未知のμから0.2以内にあるので、95%の標本では、μもから0.2以内にあると見込まれる。母平均μは、下限を標本平均から標準偏差2個分の(2)(0.1)を引いて求め、上限を標本平均に標準偏差2個分を足して求める区間に含まれる。つまり、すべての標本の95%で、μはとの間にある。
For the Apple Music example, suppose that a sample produced a sample mean . Then the unknown population mean μ is between
Apple Musicの例で、ある標本から標本平均が得られたとする。このとき、未知の母平均μは次の2つの値の間にある:
and
と
We say that we are 95% confident that the unknown population mean number of songs downloaded from Apple Music per month is between 1.8 and 2.2. The 95% confidence interval is (1.8, 2.2).
Apple Musicから1か月にダウンロードする曲数の未知の母平均は、1.8から2.2の間にあると95%の信頼度で述べる。95%信頼区間は(1.8, 2.2)である。
The 95% confidence interval implies two possibilities. Either the interval (1.8, 2.2) contains the true mean μ or our sample produced an that is not within 0.2 units of the true mean μ. The first possibility happens for 95% of well-chosen samples. It is important to remember that the second possibility happens for 5% of samples, even though correct procedures are followed.
英語のヒント
95%信頼区間には、2つの可能性がある。区間(1.8, 2.2)が真の平均μを含んでいるか、または、得られた標本のが真の平均μから0.2以内に入っていないかである。適切に選ばれた標本の95%では、1つ目の可能性が起こる。正しい手順に従っても、標本の5%では2つ目の可能性が起こることを覚えておく必要がある。
Remember that a confidence interval is created for an unknown population parameter like the population mean, μ. Confidence intervals for some parameters have the form:
信頼区間は、母平均μのような未知の母数について作ることを忘れないようにする。一部の母数の信頼区間は、次の形になる:
(point estimate – margin of error, point estimate + margin of error)
(点推定値 − 誤差限界, 点推定値 + 誤差限界)
The margin of error depends on the confidence level or percentage of confidence and the standard error of the mean.
誤差限界は、信頼水準、すなわち信頼の割合と、平均の標準誤差によって決まる。
When you read newspapers and journals, some reports will use the phrase "margin of error." Other reports will not use that phrase, but include a confidence interval as the point estimate plus or minus the margin of error. These are two ways of expressing the same concept.
新聞や雑誌を読むと、「誤差限界」という表現を使う記事がある。別の記事ではその表現を使わず、点推定値に誤差限界を足し引きしたものとして信頼区間を示す。この2つは、同じ概念を表す2通りの方法である。
Collaborative Exercise共同演習
Confidence Interval (CI)
信頼区間(CI)
an interval estimate for an unknown population parameter. This depends on:
未知の母数に対する区間推定。これは次のものによって決まる:
- the desired confidence level,求める信頼水準。
- information that is known about the distribution (for example, known standard deviation),分布について分かっている情報(たとえば、既知の標準偏差)。
- the sample and its size.標本と、その大きさ。
Inferential Statistics
推測統計
also called statistical inference or inductive statistics; this facet of statistics deals with estimating a population parameter based on a sample statistic. For example, if four out of the 100 calculators sampled are defective we might infer that four percent of the production is defective.
英語のヒント
統計的推論、または帰納統計とも呼ばれる。標本統計量に基づき母数を推定することを扱う、統計学の一分野。たとえば、標本に取った計算機100台のうち4台が不良品なら、生産された計算機の4%が不良品だと推測できる。
Parameter
母数
a numerical characteristic of a population
母集団の数値的な特性。
Point Estimate
点推定値
a single number computed from a sample and used to estimate a population parameter
標本から求め、母数の推定に用いる1つの数値。