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一、介紹極大似然估計(jì)的基本想法

極大似然估計(jì)中的想法非常自然:就是最有可能事情最容易發(fā)生，或者概率最大的事情最容易發(fā)生。因此，在看待任何一組隨機(jī)試驗(yàn)結(jié)果時(shí)候，都可以認(rèn)為是最有可能的事情發(fā)生了，而最有可能這個(gè)想法在數(shù)學(xué)中實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是函數(shù)的極值問題。例如，這樣一個(gè)問題:在一個(gè)不透明的袋子中有5個(gè)球，有白色和紅色，除了顏色不一樣以外剩下都一樣。有放回的任取3次球，結(jié)果是:白球、紅球、白球，請(qǐng)估計(jì)一下袋子中有幾個(gè)白球?這個(gè)問題非常簡(jiǎn)單直觀，向?qū)W生提問以后，很多學(xué)生都會(huì)回答:估計(jì)白球有3個(gè)，或者一部分學(xué)生會(huì)回答:估計(jì)白球3個(gè)或4個(gè)。進(jìn)一步提問學(xué)生為什么這樣估計(jì)，學(xué)生一般會(huì)回答:這樣最有可能。此時(shí)就可以提示學(xué)生這就是極大似然估計(jì)的基本思想，是非常自然質(zhì)樸的，每個(gè)人可能在不自覺中就使用了極大似然估計(jì)?，F(xiàn)在需要的就是把這種思想轉(zhuǎn)換成數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，并用數(shù)學(xué)方法解出來(lái)，這也是學(xué)習(xí)中非常重要的能力，把一般問題的數(shù)學(xué)模型給出來(lái)，并會(huì)分析解答。

二、統(tǒng)計(jì)模型的建立與求解

上一例題中，試驗(yàn)結(jié)果可以用服從兩點(diǎn)分布隨機(jī)變量來(lái)表示，X=1取到白球0{取到紅球，X～B(1，p)，p為白球的比例，p的可能取值為:{05，15，25，35，45，55}．而試驗(yàn)的結(jié)果是:白球、紅球、白球的可能性為p(X1=1，X2=0，X3=1)=p2(1－p)，如果要使這一結(jié)果的出現(xiàn)可能性最大，即p2(1－p)要取值最大，則估計(jì)p^=35，即估計(jì)白球有3個(gè)。把這一模型用更抽象語(yǔ)言來(lái)描述就是X1，X2，…Xn為一個(gè)容量為n的簡(jiǎn)單隨機(jī)樣本，來(lái)自總體分布F(θ)，其中θ為未知參數(shù)，在θ的取值空間上找到一點(diǎn)^θ，使的樣本取值發(fā)生的概率最大，則^θ為θ的極大似然估計(jì)值。其中樣本取值的發(fā)生的概率，離散型的數(shù)據(jù)用樣本的聯(lián)合分布率來(lái)表示，連續(xù)型的數(shù)據(jù)用樣本聯(lián)合密度函數(shù)來(lái)表示，統(tǒng)稱為似然函數(shù)。最后模型求解就轉(zhuǎn)化為在θ的取值空間上求似然函數(shù)的極大值問題，常見的求函數(shù)極值方法有:如上一例題中的代入法;考慮函數(shù)單調(diào)性，導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)有可能是極值點(diǎn);函數(shù)定義域的邊界點(diǎn)有可能是極值點(diǎn)，等等。

三、容易出現(xiàn)的理解誤區(qū)

極大似然估計(jì)方法中，在求似然函數(shù)極大值時(shí)候，由于似然函數(shù)是邊緣分布的連乘形式，因此在對(duì)似然函數(shù)直接求導(dǎo)討論其單調(diào)性時(shí)，其求導(dǎo)結(jié)果較為復(fù)雜，不容易直接討論。往往需要先對(duì)似然函數(shù)取對(duì)數(shù)，把連乘形式改成連加形式，然后再求導(dǎo)，求導(dǎo)結(jié)果相對(duì)簡(jiǎn)單，利于討論單調(diào)性。這樣做只是數(shù)學(xué)上的一個(gè)處理技巧，因?yàn)閷?duì)數(shù)似然函數(shù)是一個(gè)復(fù)合函數(shù)，外層對(duì)數(shù)函數(shù)是單增函數(shù)，不改變里層似然函數(shù)的單調(diào)性。而同學(xué)們可能對(duì)這個(gè)數(shù)學(xué)處理技巧理解出現(xiàn)誤區(qū)，把極大似然估計(jì)理解為一套算法，一組公式，死記硬背，時(shí)間長(zhǎng)了就沒有印象了。這樣的學(xué)習(xí)效果對(duì)以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)或應(yīng)用此方法解決問題起不到良好的作用。相反的是，應(yīng)讓同學(xué)對(duì)極大似然估計(jì)的基本思想掌握牢固，并且極大似然估計(jì)的想法本身也很自然直接，而求似然函數(shù)的極值問題只不過是數(shù)學(xué)上的處理技巧，各種手段都可能用上，多加鍛煉幾次即可。如果同學(xué)對(duì)極大似然估計(jì)的想法理解透徹，不拘于具體數(shù)學(xué)解法，則有助于長(zhǎng)時(shí)間和進(jìn)一步地理解更為深刻的知識(shí)點(diǎn)，為將來(lái)學(xué)習(xí)和工作需要打下良好的基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，在數(shù)理統(tǒng)計(jì)的教學(xué)中給學(xué)生講授新的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，主要的是對(duì)知識(shí)點(diǎn)基本思想的理解，讓同學(xué)理解記憶知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，最后達(dá)到靈活地應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容，拓展思維能力，鍛煉解決技巧。

作者：徐晨單位：東北大學(xué)