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自助法

自助法(bootstrap)用已有样本近似统计量的抽样分布。给定 n 个观测,把它们当作经验分布,再有放回地抽取 n 个,计算新样本的统计量;重复许多次,便得到一组重抽样统计量。抽样是有放回的,所以某个原始值可出现多次,另一个可能一次也没出现。

三个数的手算

原样本为 (1,2,4),均值 7/3。一次重抽样可能得到 (1,1,4),均值 2;另一次得到 (2,4,4),均值 10/3。每次都从原有三个值中独立选三次。收集大量重抽样均值后,可用其分布估计均值的标准误,或按合适的区间方法构造置信区间;几次示例抽样本身不够做可靠估计。

它近似了什么

经验分布在原样本每个观测上放质量 1/n。若原样本是 i.i.d. 且能代表目标总体,经验分布会随样本增长接近总体分布;从经验分布重抽样,便近似“重新从总体抽样”。这解释了方法,也指出限制:样本有选择偏差时,自助法会重复这个偏差;时间序列存在相关性时,逐点独立重抽样破坏依赖结构,应考虑分块等专门方法。

对极端分位数、样本很小或参数位于边界的问题,普通百分位数区间可能覆盖率不佳。实际报告应写清统计量、原始样本、重抽样规则、次数与区间算法,不能只写“使用了 bootstrap”。

参考资料