Эмпирической функцией распределения (функцией распределения выборки) называют функцию , определяющую для каждого значения относительную частоту события . По определению, , где - число вариант, меньших ; - объем выборки.
Гистограммой частот называют ступенчатую фигуру, состоящую из прямоугольников, основаниями которых служат частичные интервалы длиною , а высоты равны отношению .
Полигоном частот называют ломаную, отрезки которой соединяют точки .
Для построения эмпирической функции распределения случайной величины, гистограммы и полигона частот для заданной выборки объемом выполним следующие расчеты:
1. Отсортируем выборку по возрастанию с помощью Microsoft Excel. Отсортированная выборка представлена в таблице 1.
Таблица 1
Исходная выборка, отсортированная по возрастанию.
-2274,35 | -414,16 | -68,42 | -38,05 | -37,37 | -35,15 | -27,45 | -20,9 | -20,64 | -20,42 |
-16,22 | -14,69 | -13,91 | -11,87 | -11,01 | -10,98 | -10,56 | -10,22 | -9,65 | -9,29 |
-9,21 | -8,89 | -8 | -7,38 | -7,37 | -7,37 | -6,34 | -6,28 | -6,23 | -5,97 |
-5,95 | -5,09 | -4,65 | -4,56 | -4,26 | -4,13 | -4,07 | -3,95 | -3,73 | -3,42 |
-3,28 | -3,1 | -2,91 | -2,68 | -2,35 | -1,81 | -1,77 | -1,6 | -1,6 | -1,45 |
-1,44 | -1,42 | -1,09 | -1,07 | -0,86 | -0,85 | -0,85 | -0,81 | -0,73 | -0,68 |
-0,58 | -0,42 | -0,34 | -0,25 | -0,04 | 0,08 | 0,11 | 0,14 | 0,17 | |
0,28 | 0,95 | 0,97 | 1,03 | 1,16 | 1,21 | 1,5 | 1,51 | 1,52 | 1,65 |
1,68 | 1,86 | 2,69 | 3,16 | 3,4 | 3,63 | 4,08 | 4,16 | 4,67 | 5,13 |
5,14 | 5,71 | 5,82 | 6,47 | 6,6 | 7,11 | 7,15 | 9,75 | 10,09 | 10,28 |
11,65 | 12,48 | 12,72 | 13,29 | 16,56 | 17,65 | 17,77 | 19,77 | 19,92 | 21,2 |
22,2 | 22,44 | 22,56 | 29,58 | 30,3 | 32,23 | 38,52 | 43,2 | 52,58 | 100,82 |
2. Разобьем весь диапазон наблюдаемых значений на интервалы. Рассчитаем количество интервалов по следующей формуле:
Так как , то
3. Определим размах выборки Для данной выборки (см. таблицу 1) , , тогда:
4. Находим ширину интервалов (шаг) по формуле:
Так как , , то
5. Границы интервалов найдем по формулам:
6. Находим количество точек, попавших в i-ый интервал -
частоты
7. Находим середину i-ого интервала .
8. Для каждого интервала находим накопленные частоты:
9. Определим относительную частоту i-ого интервала по формуле:
10. Для каждого интервала находим относительные накопленные частоты по следующей формуле:
11. Для i-ого интервала находим оценку плотности вероятности:
Результаты расчетов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты расчетов для построения ЭФР, гистограммы и полигона частот
№ | |||||||
[-2274,35; -1935,04) | -2104,695 | 0,0083 | 0,0083 | ||||
[-1935,04; -1595,73) | -1765,385 | 0,0083 | |||||
[-1595,73; -1256,42) | -1426,075 | 0,0083 | |||||
[-1256,42; -917,11) | -1086,765 | 0,0083 | |||||
[-917,11; -577,8) | -747,455 | 0,0083 | |||||
[-577,8; -238,49) | -408,145 | 0,0083 | 0,0166 | ||||
[-238,49; 100,82] | -68,835 | 0,9833 | 0,9999 |
Графиком эмпирической функции распределения (ЭФР) случайной величины является ступенчатая функция. График полученной ЭФР показан на рис. 1.
Для построения гистограммы частот на оси абсцисс откладывают частичные интервалы, а над ними проводят отрезки, параллельные оси абсцисс на расстоянии . Гистограмма частот для данной выборки изображена на рис. 2.
Для построения полигона частот на оси абсцисс откладывают варианты , а на оси ординат – соответствующие им частоты . Точки соединяют отрезками прямых и получают полигон частот. Полигон частот заданной выборки показан на рис. 3.