AP Statistics
null distribution
Còn gọi: null distribution
Phân phối null là phân phối của một thống kê mẫu khi giả thuyết không (H0) đúng, dùng để tính giá trị p.
Khi tiến hành một kiểm định giả thuyết (hypothesis test), nhà thống kê luôn bắt đầu bằng cách giả sử giả thuyết không (null hypothesis), viết tắt H0, là đúng. Phân phối null chính là phân phối xác suất của thống kê kiểm định — chẳng hạn tỉ lệ mẫu hay trung bình mẫu — nếu ta lặp lại việc lấy mẫu vô số lần trong một thế giới mà H0 đúng. Nói cách khác, đây là bức tranh về mọi kết quả có thể xảy ra thuần túy do biến động ngẫu nhiên, chưa hề có hiệu ứng thật nào can thiệp vào.
Phân phối này có thể dựng bằng mô hình lý thuyết, như phân phối chuẩn (Normal) hay phân phối t khi cỡ mẫu đủ lớn nhờ định lý giới hạn trung tâm (central limit theorem), hoặc bằng cách mô phỏng (simulation) hàng ngàn lần lấy mẫu ngẫu nhiên trên máy tính. Với kiểm định tỉ lệ một mẫu, thống kê kiểm định thường có dạng trong đó là giá trị tỉ lệ giả định dưới H0 và là cỡ mẫu. Giá trị tính từ dữ liệu thật sau đó được đặt lên chính phân phối null này để xem nó rơi vào vị trí bất thường đến mức nào.
Nhờ đó, giá trị p chỉ đơn giản là phần diện tích của phân phối null nằm về phía thống kê quan sát được hoặc còn cực đoan hơn, theo hướng mà giả thuyết thay thế chỉ ra. Nếu giá trị quan sát rơi vào vùng đuôi rất nhỏ của phân phối null, kết quả trở nên khó tin nếu H0 thật sự đúng, và ta có cơ sở để bác bỏ H0. Ngược lại, nếu thống kê nằm gần trung tâm của phân phối null, dữ liệu hoàn toàn phù hợp với một thế giới không có hiệu ứng nào, nên chưa đủ bằng chứng để bác bỏ giả thuyết không.
Trực giác: Giống như tung một đồng xu công bằng hàng ngàn lần để xem kết quả thật của mình có bất thường so với thế giới 'công bằng' đó hay không.
Dùng khi ước lượng trị số p bằng phương pháp mô phỏng (như phép hoán vị — permutation test hay lấy mẫu lại — resampling): sau khi tạo ra thống kê giả định đúng, ta tính tỷ lệ những thống kê đó cực đoan bằng hoặc hơn giá trị quan sát được từ dữ liệu thật.
Trong đó
đầu thế kỷ 20Ronald FisherJohn ArbuthnotPierre-Simon LaplaceKarl PearsonWilliam Sealy Gosset
Bài toán gốc rất đời thường: khi so sánh hai giống cây hay hai cách bón phân trên đồng ruộng, chênh lệch năng suất giữa hai lô đất luôn khác không, nên người làm thí nghiệm cần một thước đo xem chênh lệch đó có đáng kể hay chỉ là dao động ngẫu nhiên. Cách giải là dựng trước một thế giới giả định trong đó không có khác biệt nào cả, rồi hỏi xem trong thế giới ấy số liệu quan sát được sẽ hiếm đến mức nào. Truy về xa hơn, lối lập luận này đã manh nha từ thế kỷ 18 khi John Arbuthnot rồi Pierre-Simon Laplace so sánh tỉ lệ sinh con trai và con gái ở nhiều thành phố châu Âu, lấy "tỉ lệ bằng nhau" làm mốc đối chiếu. Đến đầu thế kỷ 20, cùng với P-value của Karl Pearson và phân phối t của William Sealy Gosset, mảnh ghép cuối được Fisher đặt tên.
Vì sao mang đúng cái tên này? Chữ "null" mang nghĩa "không có gì", tức giả định rằng không tồn tại hiệu ứng hay khác biệt nào — đây là trạng thái mặc định mà ta tạm chấp nhận cho đến khi dữ liệu buộc ta bác bỏ. Vì vậy "phân phối null" không phải tên một họ phân phối riêng như chuẩn hay nhị thức, mà là cách gọi theo vai trò: phân phối mà thống kê kiểm định (test statistic) tuân theo với điều kiện giả thuyết không đúng. Điều đáng chú ý là Fisher giới thiệu khái niệm giả thuyết không bằng ví dụ chứ không bằng một định nghĩa hình thức, nên cái tên lan ra từ thực hành thí nghiệm trước khi thành thuật ngữ sách giáo khoa. Do đó cùng một phân phối null có thể được suy ra chính xác, xấp xỉ tiệm cận, hoặc dựng bằng mô phỏng — tên gọi nói về chức năng, không nói về công thức.
Bấm chạy 2000 mẫu — nhìn đống chấm dồn lại quanh đúng giá trị giả thuyết
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Phân phối null có tâm ở giá trị trong , không phải ở thống kê quan sát.
Mô phỏng được tạo ra bằng cách giả định giả thuyết không (null hypothesis) là đúng, nên mỗi mẫu lặp đều được sinh dưới đã cho. Nếu đề nói mô phỏng giá trị với dưới giả định , thì tâm của biểu đồ nằm gần . Giá trị quan sát chỉ đóng vai trò cái mốc để đối chiếu sau khi phân phối đã dựng xong; nó không hề tham gia vào việc tạo ra phân phối. Do đó trả lời "tâm ở " là hiểu ngược quy trình.
Tâm không mặc định bằng .
Nhiều học sinh nhớ máy móc rằng mô phỏng tung đồng xu có tâm ở rồi áp dụng cho mọi bài. Thực ra chỉ là tâm trong trường hợp đặc biệt , còn nói chung tâm nằm ở đúng con số mà tuyên bố. Cũng đừng trả lời "không xác định được": tâm đã được quyết định ngay khi đề cho , trước cả khi bấm chạy mô phỏng.
Giá trị p đếm phần đuôi cực đoan, không phải phần gần tâm.
Các chấm nằm sát tâm chính là những kết quả bình thường nhất khi đúng, nên đếm chúng là làm ngược hẳn ý nghĩa của giá trị p (p-value). Giá trị p trả lời câu hỏi: nếu đúng thì khả năng thu được kết quả xa tâm đến mức này hoặc hơn là bao nhiêu. Vì vậy ta luôn đếm tỉ lệ số chấm rơi vào vùng cực đoan tính từ trở ra.
Hướng đuôi phải khớp với dấu trong , không phải luôn hai đuôi.
Với , ta chỉ đếm phần các giá trị , tức đuôi trái của phân phối. Việc đếm cả hai đuôi chỉ đúng khi đối thuyết mang dấu , tức kiểm định hai phía (two-sided test); áp dụng nhầm sẽ làm giá trị p tăng gấp đôi và có thể lật ngược kết luận. Mẹo an toàn là nhìn dấu trong trước rồi mới tô vùng trên biểu đồ.
Phân phối null là phân phối của thống kê, không phải của dữ liệu gốc.
Mỗi chấm trên biểu đồ ứng với MỘT mẫu mô phỏng cỡ , và giá trị của nó là tỉ lệ mẫu (sample proportion) của mẫu đó, chứ không phải một cá thể được quan sát. Nhờ hiểu như vậy mới thấy vì sao độ phân tán của phân phối null phụ thuộc vào : càng lớn thì các chấm càng co cụm quanh .
Viết rõ ba chữ "assuming is true" khi mô tả phân phối null.
Giám khảo chấm phần mô tả mô phỏng thường tìm đúng ý này: mẫu được sinh dưới giả định của , cỡ mẫu giữ nguyên bằng cỡ mẫu thật, lặp lại nhiều lần rồi vẽ biểu đồ các thống kê thu được. Thiếu cụm "dưới " thì lời giải bị coi là chưa nêu được cơ sở của mô phỏng, dù mọi con số sau đó đều đúng.
Khi tính giá trị p từ mô phỏng, phải ghi rõ đếm cái gì và chia cho bao nhiêu.
Câu trình bày đạt điểm có dạng: trong lần mô phỏng có giá trị xa tâm ít nhất bằng , nên . Nếu chỉ khoanh một vùng trên biểu đồ rồi viết ra con số mà không nói mẫu số là tổng số lần lặp, bài dễ mất điểm phần "conclusion in context".
Kết luận phải so giá trị p với và diễn đạt lại theo ngữ cảnh.
Sau khi có giá trị p từ phân phối null, viết theo mạch: vì nên bác bỏ , có bằng chứng thuyết phục cho điều mà nói, kèm tên biến và nhóm cụ thể của bài. Tuyệt đối tránh câu "chấp nhận " hay "chứng minh đúng"; khi giá trị p lớn ta chỉ nói không đủ bằng chứng để bác bỏ.
Histogram của giá trị có tâm gần — đúng bằng tỉ lệ đã giả định trong — và độ lệch chuẩn khoảng . Nhờ đó, một mẫu học sinh cho nằm trong khoảng chừng đến là hoàn toàn bình thường nếu tỉ lệ thật của tỉnh đúng là 35%.
Giá trị p bằng , lấy từ đuôi trái của phân phối null vì đối giả thuyết hướng xuống. Do , ta bác bỏ và kết luận có bằng chứng thống kê thuyết phục rằng tỉ lệ người trưởng thành trong thành phố ủng hộ mở rộng tuyến buýt hiện thấp hơn 60%.
Quiz câu thật từ ngân hàng đề
Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .