Параметричні критерії для перевірки гіпотези про відмінність (або схожість) між середніми значеннями

Отже, якщо ваші вибірки мають нормальний розподіл, для перевірки статистичних гіпотез на їх основі можна користуватися параметричними критеріями. Найпоширенішим параметричним методом оцінки відмінностей між порівнюваними середніми значеннями незалежних вибірок є критерій Стьюдента, або t-критерий.Нульова гіпотеза полягає в рівності генеральних середніх М₁ і М₂, (М₁ – М₂)= 0 сукупностей, з яких були взяті вибірки, або, іншими словами, перевіряється нульова гіпотеза про приналежність двох порівнюваних вибірок однієї і тієї самої генеральної сукупності. T-критерій, що перевіряється, виражається у вигляді відношення різниці відповідних вибіркових середніх до помилки такої різниці, тобто

 або

де σd – стандартна помилка різниці вибіркових середніх значень, σх1, σх2 – стандартні помилки середніх значень порівнюваних вибірок.

Треба звернути увагу, що дисперсія різниці (так само, як і дисперсія суми) двох середніх значень дорівнює сумі дисперсій цих середніх значень.

Для перевірки критерію знак різниці середніх значень не відіграє ролі, тому у формулі для розрахунку тестової статистики береться модуль різниці. Проте знак різниці важливий для інтерпретації результатів порівняння і висновку про перевагу одного з порівнюваних методів. Надалі при порівнянні параметрів у формулах для тестових статистик ми опускатимемо знак модуля.

Гіпотезу про рівність математичних очікувань відкидають, якщо фактично отримана величина t-критерію перевершить або виявиться рівною табличному значенню для прийнятого рівня значимості і числа ступенів свободи. При цьому робиться висновок про наявність статистично значимих відмінностей між середніми значеннями на відповідному рівні значимості.

Формули для розрахунку тестової статистики і числа ступенів свободи дещо розрізняються залежно від рівності або нерівності дисперсій порівнюваних сукупностей. Це питання вимагає уважного розгляду, особливо для вибірок малого об'єму (n < 20).

У разі рівності дисперсій або вибірок достатньо великого об'єму помилка різниці середніх σdвизначається за такими формулами:

для нерівночисельних вибірок при n₁≠n₂

для рівночисельних вибірок при n₁= n₂ формула дещо спрощується:

Число ступенів свободи для випадку рівних дисперсій дорівнює . Якщо хоча б одна з порівнювальних вибірок мала, то спочатку слід перевірити гіпотезу про рівність дисперсій вибірок. Залежно від відповіді на це запитання подальше порівняння середніх арифметичних проводять двома різними способами.

Для перевірки гіпотези про рівність генеральних дисперсій користуються критерієм Фішера. При цьому обчислюють показник Фішера, що дорівнює відношенню більшої вибіркової дисперсії до меншої:  Показник Фішера завжди F> 1, а при рівності дисперсій F=1. Чим значніше нерівність, тим більше значення показника і навпаки. Функція F табульована і залежить від чисел ступенів свободи. Якщо обчислене значення F перевищить відповідне табличне значення і гіпотеза про рівність дисперсій буде знехтувана, то це означає, що вибірки були взяті з сукупностей з різними дисперсіями.

Для порівняння двох залежних вибірок або вибірок з попарно пов'язаними варіантами перевіряють гіпотезу про рівність нулю середнього значення їх попарних різниць.Така задача виникає, коли є дані про зміну ознаки, що нас цікавить, у кожного пацієнта. Наприклад, якщо група пацієнтів одержувала метод лікування, що вивчається, і у кожного пацієнта вимірювалося значення ознаки до і після лікування. В даному випадку належить перевірити нульову гіпотезу про рівність нулю змін цієї ознаки в результаті отримання терапії.