國立高雄大學統計學研究所
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主題:在誤差範圍內
發表者:黃文璋 Email:huangwj@nuk.edu.tw 日期:2014/5/3 下午 06:29:06

選舉快到了,媒體不時公佈各候選人的民調結果,有時還指出兩候選人支持率的差異在誤差範圍內,看起來很科學,實際情況如何?

人們常在估計,像是想估計某銅板出現正面的機率p。一個簡單的估計法就是反覆投擲,n次後若得到X個正面,便以X/n來估計p。這是所謂點估計,即以一個點來估計某一未知的量。因p總是很難剛好等於X/n,有時會想知道p究竟落在那個範圍內?給個範圍好像更安心,或說對此估計更有信心。這時便可考慮採用區間估計。例如,給一個以X/n為中心,半徑為d之區間,也就是(X/nd, X/n + d),且附上p落在此區間之機率。這區間便是p之信賴區間,伴隨的機率則稱為信心水準(常以百分比表示),而d就是估計誤差,或稱抽樣誤差,或只說誤差。

這一套步驟說來容易,實際操作卻有些困難。假設各次投擲為相互獨立,則n次後得的正面數X,有參數是np的二項分佈,而X落在某區間之機率為一串和,並不易化簡。尤其為了讓估計更精準些,通常n會取得較大,此時那一串和就更複雜了。在給定一信心水準下,利用著名的中央極限定理,以常態分佈來近似二項分佈,可求出p之一近似的信賴區間。中間用到幾道近似,得到的誤差d當然也就是近似的。

想估計候選人的支持率,便可利用上述想法。只是以隨機抽取選民,問其意見,來取代投擲銅板,看出現那一面。一般在做民調時,信心水準通常取成95%,抽樣誤差d則設定為3%,換算出成功訪問的樣本數n約為1,068。實際調查後,n不一定剛好是1,068,由所得到的n,可換算出近似的抽樣誤差d=1.96/(2n1/2)。若n大於1,068,抽樣誤差便小於3%,否則大於3%。例如,某次民調結果,n=1,000,則d約為3.1%。又假設兩候選人的支持率分別為36.3%39.8%,因此支持率的信賴區間分別約為(33.2%, 39.4%)(36.7%, 42.9%)。兩候選人的支持率雖有3.5%的差異,看起來不小,但因信賴區間的長度達6.2%,導致兩信賴區間有重疊,遂說兩候選人支持率的差異在誤差範圍內。換句話說,因有誤差的關係,即使表面上領先,但究竟那一位真的領先,仍屬未定之天。

換一情境,要估計一袋子中,紅球所占比率。將袋中的球攪拌均勻,隨機取1個,看是否為紅球,然後放回,重複此步驟n次,則利用前述方法估計紅球比率,及給出信賴區間,大致也可行。雖然若袋子中球數過多,則要將球攪拌均勻,可能得花點功夫。但以民調來得到候選人的支持率,與經由投擲或隨機取球,來估計銅板出現正面的機率或紅球比率,仍有極大的差別。首先,銅板可反覆讓人投擲,球反覆取出後放回也沒問題,所以各樣本可假設相互獨立,因此n次投擲或取樣後,得到幾個成功(正面或紅球),假設有二項分佈算是合理。但做民調時的取樣,乃屬於取出後不放回。因要讓人願意回答問卷都不容易了,總不能告訴受訪者你又被抽中了。但取出後不放回,各樣本間便不獨立,此時成功數有超幾何分佈,而不再是二項分佈。若要利用中央極限定理來近似,便又產生一項誤差,也就是更不準確了。不僅於此,人可不像銅板或球,那一面或什麼顏色相當清楚。人會拒訪、不見得會誠實回答問題,且會改變看法。由於上述這些原因,民調公佈的結果,所謂在誤差範圍內,或誤差範圍外,可不能過分相信。那民調無用嗎?也不是這樣,若從問卷設計開始,整個調查的流程都很客觀,則得到的結果便具參考價值,否則誤差將遠超過你以為的範圍。

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