Crimtab Data for Simulation of T-Distribution
coop711
2019-05-19
Data Loading
load("./crimtab.RData")
ls()## [1] "crimtab_2" "crimtab_df" "crimtab_long" "crimtab_long_df"ls.str()## crimtab_2 : 'table' int [1:42, 1:22] 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ...
## crimtab_df : 'data.frame': 924 obs. of 3 variables:
## $ finger: num 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10 10.1 10.2 10.3 ...
## $ height: num 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 ...
## $ Freq : int 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ...
## crimtab_long : num [1:3000, 1:2] 10 10.3 9.9 10.2 10.2 10.3 10.4 10.7 10 10.1 ...
## crimtab_long_df : 'data.frame': 3000 obs. of 2 variables:
## $ finger: num 10 10.3 9.9 10.2 10.2 10.3 10.4 10.7 10 10.1 ...
## $ height: num 56 57 58 58 58 58 58 58 59 59 ...head(crimtab_long_df,
n = 20)## finger height
## 1 10.0 56
## 2 10.3 57
## 3 9.9 58
## 4 10.2 58
## 5 10.2 58
## 6 10.3 58
## 7 10.4 58
## 8 10.7 58
## 9 10.0 59
## 10 10.1 59
## 11 10.2 59
## 12 10.2 59
## 13 10.3 59
## 14 10.3 59
## 15 10.3 59
## 16 10.4 59
## 17 10.5 59
## 18 10.6 59
## 19 10.7 59
## 20 10.7 59
Student 의 Simulation 재현
Sample t-values
3,000장의 카드를 잘 섞는 것은 sample() 이용.
# set.seed(113)
crimtab_shuffle <- crimtab_long_df[sample(1:3000), ]
head(crimtab_shuffle,
n = 10)## finger height
## 1163 11.2 65
## 2086 11.5 67
## 2573 12.1 68
## 2742 12.1 69
## 2666 11.4 69
## 2541 11.9 68
## 2016 11.2 67
## 383 10.7 63
## 1517 10.5 66
## 2770 12.2 69각 표본의 크기가 4인 750개의 표본을 만드는 작업은 rep() 이용.
sample_id <- as.factor(rep(1:750, each = 4))
head(sample_id, n = 10)## [1] 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3
## 750 Levels: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 ... 750각 표본의 평균과 표준편차 계산에는 tapply() 이용.
finger_sample_mean <- tapply(crimtab_shuffle[, "finger"],
INDEX = sample_id,
FUN = mean)
finger_sample_sd <- tapply(crimtab_shuffle[, "finger"],
INDEX = sample_id,
FUN = sd)
str(finger_sample_mean)## num [1:750(1d)] 11.7 11.3 11.5 11.8 11.4 ...
## - attr(*, "dimnames")=List of 1
## ..$ : chr [1:750] "1" "2" "3" "4" ...str(finger_sample_sd)## num [1:750(1d)] 0.45 0.497 0.727 0.289 0.748 ...
## - attr(*, "dimnames")=List of 1
## ..$ : chr [1:750] "1" "2" "3" "4" ...t-통계량 계산. Student는 표준편차 계산에서 분모에 \(n\)을 사용하고 히스토그램을 그려 비교하였으나 자유도 3인 t-분포와 비교하기 위하여 \(t=\frac{\bar{X_n}-\mu}{\hat{SD}/\sqrt{n}}\)을 계산함. (여기서 \(\hat{SD}\)는 표본 표준편차)
sample_t <- (finger_sample_mean - mean(crimtab_long_df[, "finger"]))/(finger_sample_sd/sqrt(4))
str(sample_t)## num [1:750(1d)] 0.789 -0.996 -0.199 2.097 -0.394 ...
## - attr(*, "dimnames")=List of 1
## ..$ : chr [1:750] "1" "2" "3" "4" ...계산한 t-통계량 값들의 평균과 표준편차, 히스토그램을 그리고 자유도 3인 t-분포의 밀도함수 및 표준정규곡선과 비교. 우선 모두 같은 값들이 나와서 분모가 0인 경우가 있는지 파악. 있으면 모평균과 비교하여 양수인 경우 +6, 음수인 경우 -6 값 부여(Student가 한 일)
t_inf <- is.infinite(sample_t)
sample_t[t_inf]## named numeric(0)sample_t[t_inf] <- 6 * sign(sample_t[t_inf])문제되는 값이 없는 것을 확인하고, 평균과 표준편차 계산. 자유도 \(n\)인 t-분포의 평균과 표준편차는 각각 0과 \(\sqrt{\frac{n}{n-2}}\)임을 상기할 것. -6이나 +6보다 큰 값이 상당히 자주 나온다는 점에 유의.
mean(sample_t)## [1] -0.03349171sd(sample_t)## [1] 1.948206summary(sample_t)## Min. 1st Qu. Median Mean 3rd Qu. Max.
## -14.894667 -0.817025 0.009782 -0.033492 0.761363 17.411729
Histogram and Density Curves
t-통계량들의 히스토그램을 그리고, 자유도 3인 t의 밀도함수, 표준정규분포 밀도함수와 비교.
# hist(sample_t, prob = TRUE, ylim = c(0, 0.5))
# hist(sample_t, prob = TRUE, nclass = 20, xlim = c(-6, 6), ylim = c(0, 0.5), main = "Histogram of Sample t-statistics", xlab = "Sampled t-values")
# hist(sample_t, prob = TRUE, nclass = 50, xlim = c(-6, 6), ylim = c(0, 0.5), main = "Histogram of Sample t-statistics", xlab = "Sampled t-values")
hist(sample_t,
prob = TRUE,
breaks = seq(-20, 20, by = 0.5),
xlim = c(-6, 6),
ylim = c(0, 0.5),
main = "Histogram of Sample t-statistics",
xlab = "Sampled t-values")
lines(seq(-6, 6, by = 0.01),
dt(seq(-6, 6, by = 0.01), df = 3),
col = "blue")
lines(seq(-6, 6, by = 0.01),
dnorm(seq(-6, 6, by = 0.01)),
col = "red")
legend("topright",
inset = 0.05,
legend = c("t with df = 3", "standard normal"),
lty = 1,
col = c("blue", "red"))
QQnorm
qqnorm() 을 그려보면 정규분포와 꼬리에서 큰 차이가 난다는 것을 알 수 있음.
qqnorm(sample_t)