國立高雄大學統計學研究所
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主題:以中央極限定理選才?
發表者:黃文璋 Email:huangwj@nuk.edu.tw 日期:2015/2/3 上午 10:07:58

九合一選舉,終於結束了。在投票前,有位候選人,拋出以遴選委員會,來挑選首長的主張。報載他解釋,在統計學上,N25,就會接近大數法則,也就是中央極限理論,不太容易出現偏頗的情況。雖然他準備設置的遴選委員會成員不到25人,但以過去經驗來看,只要15個人就會蠻準確的又是大數法則,又是中央極限理論,還說蠻準確。一付極有根據的樣子,只是究竟在說些什麼?

著名的大數法則及中央極限定理,其起源都可追溯到十七世紀末至十八世紀初期,原本是針對二項分佈。什麼是二項分佈?重複觀測一有兩個結果的試驗,其中一個結果不妨稱為成功,另一稱為失敗,成功的機率假設為p,又假設各次觀測間為獨立。則n次後所得成功數Sn,便有有參數np之二項分佈,此分佈常以B(n,p)表之。就算原本試驗之所有可能的結果超過兩個,若將有興趣的稱為成功,其餘全稱為失敗,即轉換成一有兩個結果的試驗,因此二項分佈可說無所不在。當SnB(n,p)分佈,由排列組合可求出,Sn=k的機率P(Sn=k)=C(n,k)pk(1-p)n-k,其中C(n,k)=n!/(k!(n-k)!),而n!=n(n-1)10!=1。數學家證出來只要n夠大,則Sn/np任意接近的機率,將很接近1。這就是早期版本的大數法則,可用來解釋機率的涵義。例如,某銅板出現正面機率為p,是什麼意思?持續反覆地投擲,當投擲數n很大後,平均所得之正面數Sn/n,與p便很可能會很接近,或者說Sn/n大致在p的附近。有時人們會籠統地說,n很大時,Sn/np很接近。這樣講其實並不對,因這是隨機現象,不能保證必然會很接近。至於以為n很大時,Sn/n就等於p,當然更是錯的。另外,中央極限定理則能更進一步表示出,Sn經標準化後,極限分佈為標準常態。更明確地說,對每一常數a>0,當n很大時,機率P(|(Sn-np)/[np(1-p)]1/2|£a),可以一標準常態分佈的機率值來近似。此定理能用來表示出,n很大時,Sn/n落在一個以p為中心之區間的近似機率。

其後上述二結果一再被推廣,在一些簡單的條件下,針對一數列獨立且有共同分佈的隨機變數,大數法則及中央極限定理便皆能成立。但首先,讀者該可看出了,大數法則,也就是中央極限理論(定理)此講法並不正確,二者內容其實不一樣。其次,此法則及定理的用途,與不太容易出現偏頗乃毫不相干。又實務上n到底要多大?對中央極限定理有些教科書會說n30以上,便大致適用。但所謂適用,乃看你能容忍的誤差有多大?一般在做民調時,其間的理論,有用到中央極限定理。但因希望誤差不要超過3%,一開始設定的成功樣本數為1,068,而不是30而已。即使1千個左右隨機產生的樣本,都還常被批評做出的調查偏頗,未能反映真相。至於為特定目的而成立的遴選委員會,其委員當然不可能隨機產生,因此從委員會成立之始,便難以避免主觀了而不同委員的立場迥異,更不會是有共同分佈,因此不論大數法則或中央極限定理,在此皆不適用。舉一例子來看。民國10311月落幕的第51屆金馬獎,得獎名單由總共17位委員共同討論決定。但未獲最佳女主角獎的著名演員鞏俐,事後透過經紀人表示,金馬獎不專業、不公正,不會再參加。由此可看出,像遴選這類評比,有相當程度的主觀成分容易產生爭議,並無所謂只要15個人就會蠻準確的”這種推論。

大數法則及中央極限定理,乃機率中二極重要的結果,用途廣泛,但卻也沒那麼無所不包到連選才都用的上否則一旦所選非人,豈不砸了中央極限定理的招牌。

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