使用方法
- 选择 估计类型:总体标准差已知的均值(z)、用样本标准差的均值(t),或用 Wald 法、Wilson 得分法的比例。
- 输入 置信水平,例如95%。
- 对于均值,输入 样本均值 x̄、样本量 n,以及 总体标准差 σ 或 样本标准差 s 之一。对于比例,输入 成功数 x 和 试验数 n。
- 阅读 置信区间,再查看 计算过程。表格比较其他置信水平,或两种比例方法。
均值的区间估计
均值的置信区间是样本均值加减临界值乘以标准误。当总体标准差 σ 已知时,标准误为 σ ÷ √n,临界值为标准正态分布中使 (1 + C) ÷ 2位于其下方的 z 值。若只知道样本标准差 s,标准误为 s ÷ √n,临界值为自由度 n − 1的 t 值。t 分布的尾部更厚,因此区间稍宽,对小样本的影响最大。
只要 σ 未知,就应使用 t 区间。观测值在30个左右及以上时,t 值与 z 值已很接近,两种区间几乎一致。
z 区间:x̄ ± z × σ ÷ √n
t 区间:x̄ ± t × s ÷ √n,自由度为 n − 1
z = Φ⁻¹((1 + C) ÷ 2)
比例的区间估计
Wald 区间为 p̂ ± z √(p̂ (1 − p̂) ÷ n),其中 p̂ = x ÷ n。它简单,但对小样本,以及接近0% 或100% 的比例效果很差:其上下限可能低于0% 或高于100%,且当全部或全无试验成功时,区间宽度为零。
Wilson 得分区间由 Edwin B. Wilson 于1927年发表,它以加权值为中心,且始终位于0% 与100% 之间。Brown、Cai 与 DasGupta(2001年)比较了两者,并在大多数样本量下推荐 Wilson 区间而非 Wald 区间。
Wald:p̂ ± z √(p̂ (1 − p̂) ÷ n)
Wilson:[p̂ + z² ÷ (2n) ± z √(p̂ (1 − p̂) ÷ n + z² ÷ (4n²))] ÷ (1 + z² ÷ n)
本计算器不涵盖的内容
- 非随机抽取的样本,以及带权重、群组或设计效应的复杂调查。
- 当样本占总体的比例很大时所需的有限总体修正。
- 两个均值或两个比例的比较,这需要另一种区间。若要规划观测数量,请使用样本量计算器。
示例:95% 置信水平下的均值与比例
样本量为25,样本均值为50,标准差为10,则 t = 2.063899,SE = 10 ÷ √25 = 2.0000,误差范围为4.1278,区间为45.8722至54.1278。
100次试验中有56次成功时,Wald 区间为46.27% 至65.73%,Wilson 区间为46.23% 至65.33%。
| 方法 | 下限 | 上限 |
|---|---|---|
| Wald | 46.27% | 65.73% |
| Wilson | 46.23% | 65.33% |
常见问题
95% 置信区间是什么意思?
它是由某种方法构造的区间。以同样方式抽取的每100个样本中,约有95个所构造的区间包含真实值。它并不是说某一个具体区间有95% 的概率包含真实值。
什么时候用 z 区间,什么时候用 t 区间?
只有在总体标准差 σ 已知时才用 z,这种情况很少见。实际中通常使用样本标准差,对于至少2个观测值的样本,应选择 t 区间。
为什么 Wilson 区间比 Wald 区间更好?
Wald 区间用样本比例来估计自身的离散程度,这在小样本以及比例接近0或1时会失效。Wilson 区间始终位于0% 与100% 之间,其实际覆盖率也更接近所声明的水平。
应当选择哪一个置信水平?
95% 最为常用。99% 等更高的水平会给出更宽的区间,90% 等较低的水平则给出更窄的区间。置信水平是您希望有多大把握的决定,而不是数据本身的属性。
给定误差范围,需要多少观测值?
请使用样本量计算器。对于比例,所需样本量取决于误差范围、置信水平和预期比例这三个数值。
计算器会把我的数字发送到别处吗?
不会。计算完全在您的浏览器中完成,您输入的内容不会被保存,也不会发送到我们的服务器或其他任何地方。
资料来源
- NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods, 1.3.5.2: Confidence limits for the mean(英文)
- Wikipedia: Binomial proportion confidence interval(英文)
- Brown, Cai and DasGupta (2001), Interval Estimation for a Binomial Proportion, Statistical Science 16(2)(英文)
- Wilson (1927), Probable Inference, the Law of Succession, and Statistical Inference, Journal of the American Statistical Association 22(158)(英文)
数据和文字最近核对于2026年11月10日星期二。