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輸入計算

數學公式

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結果

百分點(x)
18.307038
卡方分位數
分配 卡方分配(反 CDF)

這個計算器的功能

逆卡方百分點計算器會在已知累積機率與自由度的情況下,求出卡方分配的分位數 \(x\)。換句話說,它解的是反累積分配函數(反 CDF),所得結果即是假設檢定、信賴區間與適合度(goodness-of-fit)分析中所使用的臨界值。這屬於通用的純數學運算,無論在哪個國家、地區,計算方式完全相同。

卡方密度曲線,陰影顯示下尾面積 p 和分位點 x
百分點 \(x\) 是卡方曲線下方下尾面積等於機率 \(p\) 時的取值。

使用方式

先選擇累積模式。若你的機率 \(P\) 為 \(P(X \le x)\)(即 \(x\) 左側的面積),請選擇左尾;若你的機率 \(Q\) 為 \(P(X > x)\)(即 \(x\) 右側的面積,也是臨界值最常用的形式),請選擇右尾。接著輸入介於 0 到 1 之間的機率,再輸入自由度(\(\nu\)),自由度必須為正數。計算器即會回傳對應的 \(x\) 值。

計算公式

自由度為 \(\nu\) 的卡方分配 CDF 為 \(F(x;\ \nu) = P\!\left(\tfrac{\nu}{2},\tfrac{x}{2}\right)\),其中 \(P\) 為正規化下不完全 Gamma 函數。在左尾情況下,我們求解 $$x = F^{-1}\!\left(\text{P};\ \nu\right) \quad\text{such that}\quad P\!\left(\tfrac{\nu}{2},\tfrac{x}{2}\right) = \text{P}$$ 在右尾情況下,則令 \(p_{\text{eff}} = 1 - Q\),再求解 $$x = F^{-1}\!\left(1 - \text{Q};\ \nu\right) \quad\text{such that}\quad P\!\left(\tfrac{\nu}{2},\tfrac{x}{2}\right) = 1 - \text{Q}$$ 此方程式以數值方法反算,透過穩健的括弧二分法(bracketing bisection)針對 \(g(x) = F(x) - p_{\text{eff}}\) 求根。

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實例演算

以右尾、\(Q = 0.05\)、\(\nu = 10\) 為例。此時 \(p_{\text{eff}} = 1 - 0.05 = 0.95\),因此我們求解 \(F(x;\ 10) = 0.95\),亦即 \(\text{regularizedGammaP}(5,\ x/2) = 0.95\)。其根為 \(x \approx 18.307\),正是自由度為 10、右尾 5% 水準下大家熟悉的卡方臨界值。

常見問題

這裡的自由度是什麼意思?它是卡方分配的形狀參數 \(\nu\);換算成 Gamma 分配時,對應的形狀參數為 \(\nu/2\)、尺度參數為 2。

左尾與右尾有何差別?左尾使用的是 \(x\) 左側的面積,右尾使用的是 \(x\) 右側的面積。臨界值對照表通常列出的是右尾機率。

為什麼 \(x\) 會等於 0 或變得非常大?當有效的左尾機率趨近於 0 時,\(x\) 會趨近於 0;當它趨近於 1 時,\(x\) 則會無限增大。

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