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输入计算

数学公式

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结果

Density f at x = 0
0
first point of the series (51 points)
x Density f
0 0
0.1 0.59288918
0.2 0.6727286
0.3 0.66869732
0.4 0.63319903
0.5 0.58601479
0.6 0.53594099
0.7 0.4870714
0.8 0.44126057
0.9 0.3992412
1 0.36117448
1.1 0.32693467
1.2 0.29626055
1.3 0.26883676
1.4 0.24433727
1.5 0.22244785
1.6 0.20287694
1.7 0.18535998
1.8 0.16966017
1.9 0.15556744
2 0.14289639
2.1 0.13148399
2.2 0.1211871
2.3 0.11188016
2.4 0.10345305
2.5 0.09580914
2.6 0.08886358
2.7 0.08254176
2.8 0.07677801
2.9 0.07151444
3 0.06669995
3.1 0.06228934
3.2 0.05824258
3.3 0.05452415
3.4 0.0511025
3.5 0.04794952
3.6 0.04504016
3.7 0.04235204
3.8 0.03986515
3.9 0.03756154
4 0.03542512
4.1 0.03344141
4.2 0.03159737
4.3 0.02988127
4.4 0.0282825
4.5 0.02679146
4.6 0.02539946
4.7 0.02409864
4.8 0.02288183
4.9 0.02174253
5 0.02067483

这个计算器能做什么

只要涉及两个方差的比较,就会用到F分布,例如方差分析(ANOVA)、回归模型整体显著性检验,以及检验两个方差是否相等的F检验。本工具可在一整列x值上,按分子自由度v1和分母自由度v2计算F分布,让你一次性生成数据表和图像。你可以从三个函数中任选其一:概率密度f、下侧累积概率P(即CDF),或上侧累积概率Q(即生存函数,常用于右尾p值的计算)。

若干自由度组合下的 F 分布概率密度曲线
F 分布的密度呈右偏,其形状由两个自由度 v1 和 v2 决定。

使用方法

先选择要计算的函数,再填入两个自由度(两者都必须大于0)。然后设定数列参数:x的初始值(x必须≥0)、相邻点之间的步长,以及迭代次数。计算器会按 \(x_i = \text{初始值} + i \times \text{步长}\)(i 从 0 到 迭代次数−1)生成各个x值,并在每个点上输出所选函数的结果。默认参数(v1 = 3,v2 = 5,起点 0,步长 0.1,共 51 个点)会让x从0扫描到5。

公式详解

密度函数中用到了Beta函数 \(B(a,b) = \frac{\Gamma(a)\Gamma(b)}{\Gamma(a+b)}\)。为了在自由度较大时保持数值稳定,我们借助对数Gamma函数在对数域中进行计算。累积概率有简洁的闭式表达:P(x)等于正则化不完全Beta函数 \(I_z\!\left(\tfrac{\nu_1}{2}, \tfrac{\nu_2}{2}\right)\),其中 \(z = \frac{\nu_1 x}{\nu_1 x + \nu_2}\)。上侧概率则直接由 \(Q(x) = 1 - P(x)\) 得到。不完全Beta函数采用标准的连分数方法求值。

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F 分布曲线下的面积分为下侧累积 P 和上侧累积 Q
下侧累积概率 P 是 x 左侧的阴影面积,上侧累积概率 Q 是右侧的面积。

实例演算

取 v1 = 3、v2 = 5,在 x = 1 处:常数 $$C = \frac{3^{1.5} \times 5^{2.5}}{B(1.5,\,2.5)} = \frac{5.196152 \times 55.901699}{0.196350} = 1479.36$$ 于是 $$f = \frac{1479.36 \times 1^{0.5}}{(5 + 3)^4} = \frac{1479.36}{4096} = 0.36117$$ 对于CDF,\(z = \tfrac{3}{8} = 0.375\),得到 \(P = I_{0.375}(1.5, 2.5) = 0.5351\),因此 \(Q = 0.4649\)。

常见问题

为什么密度在 x = 0 处会发散? 当 \(\nu_1 < 2\) 时,密度在 x = 0 处无界;当 \(\nu_1 = 2\) 时其值等于 1;当 \(\nu_1 > 2\) 时其值为 0。

x 取什么范围比较合适? F变量是非负的,所以从 x = 0 开始,并向右尾延伸到足够远(通常x取到5至10)即可覆盖分布的主要部分。

均值是否总是存在? 均值 \(\frac{\nu_2}{\nu_2-2}\) 只在 \(\nu_2 > 2\) 时存在,方差只在 \(\nu_2 > 4\) 时存在;不过计算本页这些函数并不要求它们存在。

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