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परिकल्पना परीक्षण (Hypothesis Testing)

परिकल्पना परीक्षण नमूने (sample) से पूरी जनसंख्या के बारे में किसी दावे को जाँचता है। शुरुआत शून्य परिकल्पना H₀ (कोई बदलाव नहीं, जैसे p = 0.5) और वैकल्पिक परिकल्पना H₁ (जो हमें शक है, जैसे p > 0.5) से होती है। सार्थकता स्तर चुनो, जैसे 5%। अगर H₀ सच हो तो हमारा नतीजा (या उससे भी चरम) कितना संभव है, यही p-मान है। p-मान स्तर से कम हो या नतीजा क्रांतिक क्षेत्र में हो, तो H₀ अस्वीकार। वरना H₀ अस्वीकार करने का पर्याप्त प्रमाण नहीं। टाइप I त्रुटि: सच्ची H₀ को अस्वीकार करना; टाइप II: झूठी H₀ को अस्वीकार न करना।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. दोस्त कहता है: "यह सिक्का ज़्यादा बार चित देता है।" हम जाँचते हैं। H₀: p = 0.5 (सिक्का ठीक है)। H₁: p > 0.5 (चित की ओर झुका)।
  2. मान लो H₀ सच है और हम 20 बार उछालते हैं। ये खंभे बताते हैं कि हर चित-गिनती कितनी संभव है। बीच वाला 10 सबसे ज़्यादा। दूर दाईं ओर दुर्लभ।
  3. हम 5% सार्थकता स्तर चुनते हैं। दाईं ओर के लाल खंभे मिलकर 5% से कम हैं। X ≥ 15 क्रांतिक क्षेत्र है।
  4. उछालकर 16 चित मिले। 16 लाल क्षेत्र में है। p-मान P(X ≥ 16) सिर्फ़ 0.6% है, 5% से कम। H₀ अस्वीकार।
  5. परीक्षण भी चूक सकता है। ठीक सिक्का भी 2.1% बार लाल में आ सकता है: टाइप I त्रुटि। झुका सिक्का लाल से चूक जाए: टाइप II त्रुटि।
  6. खुद करो: मिले चित बदलो और स्तर 10% या 1% करो। लाल क्षेत्र और फ़ैसला बदलते देखो।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

H₀ में p = 0.5 जैसा सटीक मान क्यों?

प्रायिकता के खंभे बनाने और नतीजे की दुर्लभता मापने के लिए एक सटीक मान चाहिए। चरण 1 में खंभे p = 0.5 से बनते हैं।

क्रांतिक क्षेत्र सिर्फ़ दाईं ओर क्यों?

H₁ कहती है p > 0.5, तो सिर्फ़ ज़्यादा चित ही प्रमाण हैं। कम चित 'चित की ओर झुकाव' नहीं दिखाते।

असली स्तर 5% नहीं, 2.1% क्यों?

चित पूरी संख्या में आते हैं। X = 14 जोड़ें तो पूँछ 5.8% हो जाती, 5% से ज़्यादा। इसलिए 15 पर रुकते हैं और 2.1% मिलता है।

P(X = 16) की जगह P(X ≥ 16) क्यों?

किसी एक मान की प्रायिकता छोटी ही होती है। हम पूछते हैं इतना या इससे ज़्यादा चरम नतीजा कितना संभव है। p-मान 16 और ऊपर के सारे खंभे जोड़ता है।

H₀ अस्वीकार करके भी क्या हम गलत हो सकते हैं?

हाँ। ठीक सिक्का भी लगभग 2.1% बार लाल क्षेत्र में आता है। यही टाइप I त्रुटि है।

1% स्तर चुनूँ तो क्या बदलेगा?

लाल क्षेत्र X ≥ 16 तक सिकुड़ जाता है, यानी ज़्यादा मज़बूत प्रमाण चाहिए। मेनू से आज़माओ।

परिकल्पना परीक्षण का विचार

हम पूरी जनसंख्या (सिक्के की सारी उछालें, मशीन की सारी बोतलें) के बारे में जानना चाहते हैं, पर हमें सिर्फ़ नमूना दिखता है। परिकल्पना परीक्षण पूछता है: क्या नमूने का नतीजा इतना अजीब है कि पुरानी मान्यता पर शक करें?

क्रांतिक क्षेत्र और p-मान

क्रांतिक क्षेत्र वे मान हैं जिन पर H₀ अस्वीकार होती है। उसका पहला मान क्रांतिक मान है।

p-मान: H₀ सच होने पर मिले नतीजे या उससे चरम नतीजे की प्रायिकता।

नियम: p-मान ≤ α (या नतीजा क्रांतिक क्षेत्र में) तो H₀ अस्वीकार, वरना अस्वीकार नहीं। हम कभी नहीं कहते कि H₀ "सिद्ध" हुई।

हल किया विचार (द्विपद, एक-पुच्छीय)

X ~ B(20, 0.5)। P(X ≥ 15) = 0.0207 ≤ 0.05, पर P(X ≥ 14) = 0.0577 > 0.05। क्रांतिक क्षेत्र X ≥ 15, असली सार्थकता स्तर 2.07%।

एक-पुच्छीय और द्वि-पुच्छीय परीक्षण

H₁ में "से ज़्यादा" या "से कम" हो तो पूरा α एक पूँछ में। "बराबर नहीं" हो तो α बाँटो: 5% के लिए हर पूँछ में 2.5%।

उदाहरण: H₀: p = 0.5, H₁: p ≠ 0.5, n = 20, 5%। P(X ≤ 5) = 0.0207 ≤ 0.025, P(X ≥ 15) = 0.0207। क्रांतिक क्षेत्र: X ≤ 5 या X ≥ 15।

माध्य और अनुपात के परीक्षण (सामान्य बंटन)

बड़े नमूने में नमूना माध्य x̄ लगभग सामान्य होता है। H₀: μ = μ₀ (σ ज्ञात) के लिए

z = (x̄ − μ₀) ÷ (σ / √n)

z की तुलना क्रांतिक मान से: 1.645 (एक-पुच्छीय 5%), ±1.96 (द्वि-पुच्छीय 5%), 2.326 (एक-पुच्छीय 1%)। σ अज्ञात और n छोटा हो तो t-परीक्षण।

अनुपात के लिए: z = (p̂ − p₀) ÷ √(p₀(1 − p₀)/n)। दो माध्यों या दो अनुपातों के लिए अंश में अंतर आता है और मानक त्रुटियाँ जुड़ती हैं।

95% विश्वास्यता अंतराल और द्वि-पुच्छीय 5% परीक्षण एक ही बात कहते हैं: μ₀ अंतराल से बाहर हो तभी H₀ अस्वीकार।

टाइप I और टाइप II त्रुटि

α छोटा करने से टाइप I घटती है, पर टाइप II बढ़ती है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. सिक्का 20 बार उछाला, 16 चित। 5% पर जाँचो कि क्या यह चित की ओर झुका है।

H₀: p = 0.5, H₁: p > 0.5, X ~ B(20, 0.5)। p-मान = P(X ≥ 16) = 0.0059 < 0.05, इसलिए H₀ अस्वीकार। सिक्के के झुके होने का प्रमाण है।

2. वही परीक्षण, पर 14 चित मिले।

P(X ≥ 14) = 0.0577 > 0.05। H₀ अस्वीकार नहीं। झुकाव का पर्याप्त प्रमाण नहीं।

3. H₀: p = 0.5, H₁: p > 0.5, n = 20, 5% पर क्रांतिक क्षेत्र और टाइप I त्रुटि की प्रायिकता निकालो।

P(X ≥ 15) = 0.0207 ≤ 0.05, P(X ≥ 14) = 0.0577 > 0.05। क्रांतिक क्षेत्र X ≥ 15, P(टाइप I) = 0.0207।

4. मशीन को 500 ml भरना चाहिए, σ = 4 ml। 16 बोतलों का माध्य 497.5 ml। 5% द्वि-पुच्छीय परीक्षण करो।

z = (497.5 − 500) ÷ (4/4) = −2.5। |−2.5| > 1.96, H₀ अस्वीकार। मशीन गलत भर रही लगती है।

5. बीज कंपनी का दावा: 80% बीज उगते हैं। 200 में से 148 उगे। 5% पर जाँचो कि दर कम है या नहीं।

p̂ = 0.74। z = (0.74 − 0.8) ÷ √(0.8 × 0.2 / 200) = −0.06 ÷ 0.02828 = −2.12। क्रांतिक मान −1.645। −2.12 < −1.645, H₀ अस्वीकार।

6. n = 20, H₀: p = 0.5, 5% (क्रांतिक क्षेत्र X ≥ 15), असली p = 0.7। P(टाइप II) निकालो।

टाइप II = P(X ≤ 14 | p = 0.7) ≈ 0.584। यानी लगभग 58% संभावना कि झुकाव पकड़ा न जाए। शक्ति ≈ 0.416।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. शून्य परिकल्पना आमतौर पर कहती है:
2. p-मान 0.03 और α = 5% हो तो:
3. टाइप I त्रुटि है:
4. 5% द्वि-पुच्छीय परीक्षण में हर पूँछ को मिलता है:
5. 5% द्वि-पुच्छीय परीक्षण का z क्रांतिक मान:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

परिकल्पना परीक्षण आसान शब्दों में क्या है?

नमूने से यह तय करने का तरीका कि शुरुआती दावे (H₀) के ख़िलाफ़ पर्याप्त प्रमाण है या नहीं।

p-मान 0.03 का क्या मतलब है?

H₀ सच होती तो हमारे जितना या उससे चरम नतीजा 3% बार आता। 5% स्तर पर H₀ अस्वीकार।

टाइप I और टाइप II त्रुटि में क्या अंतर है?

टाइप I: सच्ची H₀ अस्वीकार (झूठा अलार्म)। टाइप II: झूठी H₀ अस्वीकार नहीं (असर छूट गया)।

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