贝塞尔校正 n-1校正
样本方差除以n-1而非n,修正抽样带来的低估。
贝塞尔校正指的是在算样本方差、样本标准差时,把分母从数据个数 n 改成 n−1 的那一步修正。名字来自数学家贝塞尔,作用是纠正用样本估计总体分散程度时天然产生的偏小误差。
为什么会偏小?因为算方差得先有一个平均值,而样本方差用的是样本自己的平均。样本数据围着自己的平均,总会显得比围着真实总体均值时更集中,于是差的平方和偏小,直接除以 n 就把总体方差低估了。把分母减小到 n−1,正好把结果放大一点,抵消这种系统性低估,让它成为对总体方差的无偏估计。
从另一个角度看,n−1 也是自由度:用样本均值算偏差时,n 个偏差之间存在一个约束(它们之和为零),真正独立的信息只有 n−1 个,所以除以 n−1 更合理。
常见误区是以为它只是个凑数的经验规则。它有严谨的统计依据;不过要注意,它修正的是方差的无偏性,开平方后的样本标准差并非严格无偏,只是实践中够用。
关于贝塞尔校正的常见问答
贝塞尔校正到底修正了什么?修正用样本估计总体方差时的系统性低估。样本数据比真实总体更贴自己的均值,直接除以n会算小,改成除以n-1把它拉回接近真实值。
为什么偏偏是减1,不是减2?因为算偏差用掉了一个由样本估计出来的量(样本均值),只损失一个自由度,所以分母减1。如果估计中用掉更多参数,才会减更多。
标准差也用贝塞尔校正吗?样本标准差是在校正过的样本方差基础上开平方。严格说开方后不再完全无偏,但差别很小,实际中照样用n-1这套。