Python中的统计假设检验速查表

编译：yxy

出品：ATYUN订阅号

也许你会使用数百种统计假设检验，但一般在机器学习项目中你只需要使用一小部分。

本文是一个机器学习项目中最流行的统计假设检验的速查表，包含使用Python接口的示例。

每个统计检验都以相同的方式介绍，包括：

• 检验的名称。
• 检验的内容是什么。
• 检验的关键假设。
• 如何解释检验结果。
• 用于使用检验的Python接口。

注：当涉及诸如预期的数据分布或样本大小之类的假设时，如果违反了假设，给定检验的结果可能会小幅地降级，而不是在违反假设时立即无法使用。

通常，数据样本需要具有领域代表性，并且要大到足以将其分布暴露给分析。

在某些情况下，可以校正数据以满足假设，例如通过去除离群值将近似正态分布校正为正态，或者在样本具有不同方差时使用统计检验中的自由度校正，命名为二个实例。

最后，对于给定的关注点可能存在多个检验（如，正态性检验）。我们无法通过统计数据获得清晰的问题答案。我们一般得到的是概率答案。因此，我们可以通过以不同的方式思考同一个问题来得到不同的答案。也因此，我们可能需要对数据进行多种不同的检验。

让我们开始吧。

本教程分为四个部分; 他们是：

1. 正态性检验
2. 相关性检验
3. 参数统计假设检验
4. 非参数统计假设检验

1.正态性检验

本节列出了可用于检查数据是否具有高斯分布的统计检验。

W检验（SHAPIRO-WILK TEST）

检验数据样本是否具有高斯分布。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。

解释

• H0：样本具有高斯分布。
• H1：样本没有高斯分布。

Python代码

from scipy.statsimport shapiro
data1= ....
stat, p= shapiro(data)

更多信息

• scipy.stats.shapiro：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.shapiro.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Shapiro%E2%80%93Wilk_test

D’AGOSTINO’S K^2 TEST

检验数据样本是否具有高斯分布。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。

解释

• H0：样本具有高斯分布。
• H1：样本没有高斯分布。

Python代码

from scipy.statsimport normaltest
data1= ....
stat, p= normaltest(data)

更多信息

• scipy.stats.normaltest：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.normaltest.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/D%27Agostino%27s_K-squared_test

ANDERSON-DARLING检验

检验数据样本是否具有高斯分布。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。

解释

• H0：样本具有高斯分布。
• H1：样本没有高斯分布。

Python代码

from scipy.statsimport anderson
data1= ....
result= anderson(data)

更多信息

• scipy.stats.anderson：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.anderson.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Anderson%E2%80%93Darling_test

2.相关性检验

本节列出了可用于检查两个样本是否相关的统计检验。

皮尔逊相关系数( PEARSON CORRELATION COEFFICIENT）

检验两个样本是否具有单调关系。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 每个样本的观察都是正态分布的。
• 每个样本中的观察具有相同的方差。

解释

• H0：两个样本是独立的。
• H1：样本之间存在依赖关系。

Python代码

from scipy.statsimport pearsonr
data1, data2= ...
corr, p= pearsonr(data1, data2)

更多信息

• scipy.stats.pearsonr：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.pearsonr.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Pearson_correlation_coefficient

SPEARMAN相关系数（SPEARMAN’S RANK CORRELATION）

检验两个样本是否具有单调关系。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 可以对每个样本中的观察进行排序。

解释

• H0：两个样本是独立的。
• H1：样本之间存在依赖关系。

Python代码

from scipy.statsimport spearmanr
data1, data2= ...
corr, p= spearmanr(data1, data2)

更多信息

• scipy.stats.spearmanr：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.spearmanr.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Spearman%27s_rank_correlation_coefficient

KENDALL秩相关系数（KENDALL’S RANK CORRELATION）

检验两个样本是否具有单调关系。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 可以对每个样本中的观察进行排序。

解释

• H0：两个样本是独立的。
• H1：样本之间存在依赖关系。

Python代码

from scipy.statsimport kendalltau
data1, data2= ...
corr, p= kendalltau(data1, data2)

更多信息

• scipy.stats.kendalltau：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.kendalltau.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Kendall_rank_correlation_coefficient

卡方检验（CHI-SQUARED TEST）

检验两个分类变量是相关的还是独立的。

假设

• 用于计算列联表的观察是独立的。
• 列联表的每个单元格中有25个或更多个实例。

解释

• H0：两个样本是独立的。
• H1：样本之间存在依赖关系。

Python代码

from scipy.statsimport chi2_contingency
table= ...
stat, p, dof, expected= chi2_contingency(table)

更多信息

• scipy.stats.chi2_contingency：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.chi2_contingency.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Chi-squared_test

3.参数统计假设检验

本节列出了可用于比较数据样本的统计检验。

T检验（STUDENT’S T-TEST）

检验两个独立样本的均值是否存在显著差异。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 每个样本的观察都是正态分布的。
• 每个样本中的观察具有相同的方差。

解释

• H0：样本的均值相等。
• H1：样本的均值不相等。

Python代码

from scipy.statsimport ttest_ind
data1, data2= ...
stat, p= ttest_ind(data1, data2)

更多信息

• scipy.stats.ttest_ind：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.ttest_ind.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Student%27s_t-test

配对T检验（PAIRED STUDENT’S T-TEST）

检验两个配对样本的均值是否存在显著差异。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 每个样本的观察都是正态分布的。
• 每个样本中的观察具有相同的方差。 每个样本的观察结果是成对的。

解释

• H0：样本的均值相等。
• H1：样本的均值不相等。

Python代码

from scipy.statsimport ttest_rel
data1, data2= ...
stat, p= ttest_rel(data1, data2)

更多信息

• scipy.stats.ttest_rel：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.ttest_rel.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Student%27s_t-test

方差分析（ANOVA）

测试两个或两个以上独立样本的均值是否存在显著差异。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 每个样本的观察都是正态分布的。
• 每个样本中的观察具有相同的方差。

解释

• H0：样本的均值相等。
• H1:一个或多个样本的均值不相等。

Python代码

from scipy.statsimport f_oneway
data1, data2, ...= ...
stat, p= f_oneway(data1, data2, ...)

更多信息

• scipy.stats.f_oneway：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.f_oneway.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Analysis_of_variance

重复测量方差分析检验（REPEATED MEASURES ANOVA TEST）

检验两个或更多配对样本的均值是否存在显著差异。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 每个样本的观察都是正态分布的。
• 每个样本中的观察具有相同的方差。
• 每个样本的观察是成对的。

解释

• H0：样本的均值相等。
• H1:一个或多个样本的均值不相等。

Python代码

目前在Python中不支持。

更多信息

• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Analysis_of_variance

4.非参数统计假设检验

曼-惠特尼U检验(MANN-WHITNEY U TEST)

检验两个独立样本的分布是否相等。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 可以对每个样本中的观察进行排序。

解释

• H0：两个样本的分布相等。
• H1：两个样本的分布不相等。

Python代码

from scipy.statsimport mannwhitneyu
data1, data2= ...
stat, p= mannwhitneyu(data1, data2)

更多信息

• scipy.stats.mannwhitneyu：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.mannwhitneyu.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Mann%E2%80%93Whitney_U_test

威尔科克森符号秩检验（WILCOXON SIGNED-RANK TEST）

检验两个配对样本的分布是否均等。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 可以对每个样本中的观察进行排序。

解释

• H0：两个样本的分布均等。
• H1：两个样本的分布不均等。

Python代码

from scipy.statsimport wilcoxon
data1, data2= ...
stat, p= wilcoxon(data1, data2)

更多信息

• scipy.stats.wilcoxon：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.mannwhitneyu.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Mann%E2%80%93Whitney_U_test

KRUSKAL-WALLIS H检验（KRUSKAL-WALLIS H TEST）

检验两个或多个独立样本的分布是否相等。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 可以对每个样本中的观察进行排序。

解释

• H0：所有样本的分布均等。
• H1：一个或多个样本的分布不均等。

Python代码

from scipy.statsimport kruskal
data1, data2, ...= ...
stat, p= kruskal(data1, data2, ...)

更多信息

• scipy.stats.kruskal：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.kruskal.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Kruskal%E2%80%93Wallis_one-way_analysis_of_variance

FRIEDMAN检验（FRIEDMAN TEST）

检验两个或更多配对样本的分布是否相等。

假设

• 每个样本中的观察是独立同分布的（iid）。
• 可以对每个样本中的观察进行排序。
• 每个样本的观察是成对的。

解释

• H0：所有样本的分布均等。
• H1：一个或多个样本的分布不均等。

Python代码

from scipy.statsimport friedmanchisquare
data1, data2, ...= ...
stat, p= friedmanchisquare(data1, data2, ...)

更多信息

• scipy.stats.friedmanchisquare：https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.stats.kruskal.html
• 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Friedman_test