均方误差

更新时间:2022-08-25 14:58

均方误差(mean-square error, MSE)是反映估计量与被估计量之间差异程度的一种度量。设t是根据子样确定的总体参数θ的一个估计量,(θ-t)2的数学期望,称为估计量t的均方误差。它等于σ2+b2,其中σ2与b分别是t的方差偏倚

名词介绍

相合估计(或一致估计)是在大样本下评价估计量的标准,在样本量不是很多时,人们更加倾向于基于小样本的评价标准,此时,对无偏估计使用方差,对有偏估计使用均方误差。

一般地,在样本量一定时,评价一个点估计的好坏标准使用的指标总是点估计 与参数真值 的距离的函数,最常用的函数是距离的平方,由于估计量 具有随机性,可以对该函数求期望,这就是下式给出的均方误差:

均方误差是评价点估计的最一般的标准,自然,我们希望估计的均方误差越小越好,注意到

上式说明,均方误差 由点估计的方差 与偏差 的平方两部分组成。

如果 是θ的无偏估计,则 ,此时用均方误差评价点估计与用方差是完全一致的,这也说明了用方差考察无偏估计是合理的。

当 不是θ的无偏估计,就要看其均方误差 ,即不仅看方差大小,还要看其偏差大小,下面的例子说明在均方误差的含义下,有些有偏估计优于无偏估计。

公式

一致最小均方误差估计

定义1 设有样本 对待估参数θ,有一个估计类,称 是该类中θ的一致最小均方误差估计,如果对该类估计中另外任意一个θ的估计 ,在参数空间 上都有

一致最小均方误差估计通常是在一个确定的估计类中进行的,一致最小均方误差估计一般是不存在的。

既然一致最小均方误差估计一般是不存在的,人们通常就对估计提出一些合理性要求,如无偏性就是一个常见的合理性要求。

一致最小方差无偏估计

前面曾指出,均方误差 由点估计的方差 与偏差 的平方两部分组成,当 是θ的无偏估计时,均方误差就简化为方差,此时一致最小均方误差估计就是一致最小方差无偏估计。

定义2 设 是θ的无偏估计,如果对于任意一个θ的无偏估计 ,在参数空间 上都有

则称 是θ的一致最小方差无偏估计,简记为UMVUE。

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