Python数据正态性检验实现过程


Posted in Python onApril 18, 2020

在做数据分析或者统计的时候,经常需要进行数据正态性的检验,因为很多假设都是基于正态分布的基础之上的,例如:T检验。

在Python中,主要有以下检验正态性的方法:

1.scipy.stats.shapiro ——Shapiro-Wilk test,属于专门用来做正态性检验的模块,其原假设:样本数据符合正态分布。

注:适用于小样本。

其函数定位为:

def shapiro(x):
  """
  Perform the Shapiro-Wilk test for normality.

  The Shapiro-Wilk test tests the null hypothesis that the
  data was drawn from a normal distribution.

  Parameters
  ----------
  x : array_like
    Array of sample data.

  Returns
  -------
  W : float
    The test statistic.
  p-value : float
    The p-value for the hypothesis test.

x参数为样本值序列,返回值中第一个为检验统计量,第二个为P值,当P值大于指定的显著性水平,则接受原假设。

2.scipy.stats.kstest(K-S检验):可以检验多种分布,不止正态分布,其原假设:数据符合正态分布。

其函数定义为:

def kstest(rvs, cdf, args=(), N=20, alternative='two-sided', mode='approx'):
  """
  Perform the Kolmogorov-Smirnov test for goodness of fit.

  This performs a test of the distribution G(x) of an observed
  random variable against a given distribution F(x). Under the null
  hypothesis the two distributions are identical, G(x)=F(x). The
  alternative hypothesis can be either 'two-sided' (default), 'less'
  or 'greater'. The KS test is only valid for continuous distributions.

  Parameters
  ----------
  rvs : str, array or callable
    If a string, it should be the name of a distribution in `scipy.stats`.
    If an array, it should be a 1-D array of observations of random
    variables.
    If a callable, it should be a function to generate random variables;
    it is required to have a keyword argument `size`.
  cdf : str or callable
    If a string, it should be the name of a distribution in `scipy.stats`.
    If `rvs` is a string then `cdf` can be False or the same as `rvs`.
    If a callable, that callable is used to calculate the cdf.
  args : tuple, sequence, optional
    Distribution parameters, used if `rvs` or `cdf` are strings.
  N : int, optional
    Sample size if `rvs` is string or callable. Default is 20.
  alternative : {'two-sided', 'less','greater'}, optional
    Defines the alternative hypothesis (see explanation above).
    Default is 'two-sided'.
  mode : 'approx' (default) or 'asymp', optional
    Defines the distribution used for calculating the p-value.

     - 'approx' : use approximation to exact distribution of test statistic
     - 'asymp' : use asymptotic distribution of test statistic

  Returns
  -------
  statistic : float
    KS test statistic, either D, D+ or D-.
  pvalue : float
    One-tailed or two-tailed p-value.

参数是:

rvs:待检验数据。

cdf:检验分布,例如'norm','expon','rayleigh','gamma'等分布,设置为'norm'时表示正态分布。

alternative:默认为双侧检验,可以设置为'less'或'greater'作单侧检验。

model:'approx'(默认值),表示使用检验统计量的精确分布的近视值;'asymp':使用检验统计量的渐进分布。

其返回值中第一个为统计量,第二个为P值。

3.scipy.stats.normaltest:正态性检验,其原假设:样本来自正态分布。

其函数定义为:

def normaltest(a, axis=0, nan_policy='propagate'):
  """
  Test whether a sample differs from a normal distribution.

  This function tests the null hypothesis that a sample comes
  from a normal distribution. It is based on D'Agostino and
  Pearson's [1]_, [2]_ test that combines skew and kurtosis to
  produce an omnibus test of normality.


  Parameters
  ----------
  a : array_like
    The array containing the sample to be tested.
  axis : int or None, optional
    Axis along which to compute test. Default is 0. If None,
    compute over the whole array `a`.
  nan_policy : {'propagate', 'raise', 'omit'}, optional
    Defines how to handle when input contains nan. 'propagate' returns nan,
    'raise' throws an error, 'omit' performs the calculations ignoring nan
    values. Default is 'propagate'.

  Returns
  -------
  statistic : float or array
    ``s^2 + k^2``, where ``s`` is the z-score returned by `skewtest` and
    ``k`` is the z-score returned by `kurtosistest`.
  pvalue : float or array
    A 2-sided chi squared probability for the hypothesis test.

其参数:

axis=None 可以表示对整个数据做检验,默认值是0。

nan_policy:当输入的数据中有nan时,'propagate',返回空值;'raise' 时,抛出错误;'omit' 时,忽略空值。

其返回值中,第一个是统计量,第二个是P值。

4.scipy.stats.anderson:由 scipy.stats.kstest 改进而来,用于检验样本是否属于某一分布(正态分布、指数分布、logistic 或者 Gumbel等分布)

其函数定义为:

def anderson(x, dist='norm'):
  """
  Anderson-Darling test for data coming from a particular distribution

  The Anderson-Darling tests the null hypothesis that a sample is
  drawn from a population that follows a particular distribution.
  For the Anderson-Darling test, the critical values depend on
  which distribution is being tested against. This function works
  for normal, exponential, logistic, or Gumbel (Extreme Value
  Type I) distributions.

  Parameters
  ----------
  x : array_like
    array of sample data
  dist : {'norm','expon','logistic','gumbel','gumbel_l', gumbel_r',
    'extreme1'}, optional
    the type of distribution to test against. The default is 'norm'
    and 'extreme1', 'gumbel_l' and 'gumbel' are synonyms.

  Returns
  -------
  statistic : float
    The Anderson-Darling test statistic
  critical_values : list
    The critical values for this distribution
  significance_level : list
    The significance levels for the corresponding critical values
    in percents. The function returns critical values for a
    differing set of significance levels depending on the
    distribution that is being tested against.

其参数:

x和dist分别表示样本数据和分布。

返回值有三个,第一个表示统计值,第二个表示评价值,第三个是显著性水平;评价值和显著性水平对应。

对于不同的分布,显著性水平不一样。

Critical values provided are for the following significance levels:

  normal/exponenential
    15%, 10%, 5%, 2.5%, 1%
  logistic
    25%, 10%, 5%, 2.5%, 1%, 0.5%
  Gumbel
    25%, 10%, 5%, 2.5%, 1%

关于统计值与评价值的对比:当统计值大于这些评价值时,表示在对应的显著性水平下,原假设被拒绝,即不属于某分布。

If the returned statistic is larger than these critical values then for the corresponding significance level, the null hypothesis that the data come from the chosen distribution can be rejected.

5.skewtest 和kurtosistest 检验:用于检验样本的skew(偏度)和kurtosis(峰度)是否与正态分布一致,因为正态分布的偏度=0,峰度=3。

偏度:偏度是样本的标准三阶中心矩。

Python数据正态性检验实现过程

峰度:峰度是样本的标准四阶中心矩。

Python数据正态性检验实现过程

6. 代码如下:

import numpy as np
from scipy import stats

a = np.random.normal(0,2,50)
b = np.linspace(0, 10, 100)

# Shapiro-Wilk test
S,p = stats.shapiro(a)
print('the shapiro test result is:',S,',',p)

# kstest(K-S检验)
K,p = stats.kstest(a, 'norm')
print(K,p)

# normaltest
N,p = stats.normaltest(b)
print(N,p)

# Anderson-Darling test
A,C,p = stats.anderson(b,dist='norm')
print(A,C,p)

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持三水点靠木。

Python 相关文章推荐
python连接远程ftp服务器并列出目录下文件的方法
Apr 01 Python
21行Python代码实现拼写检查器
Jan 25 Python
python模拟登录并且保持cookie的方法详解
Apr 04 Python
Python实现简单的HttpServer服务器示例
Sep 25 Python
pytorch cnn 识别手写的字实现自建图片数据
May 20 Python
Python3爬楼梯算法示例
Mar 04 Python
python 用 xlwings 库 生成图表的操作方法
Dec 22 Python
python实现连连看游戏
Feb 14 Python
pytorch实现Tensor变量之间的转换
Feb 17 Python
Pytorch之Tensor和Numpy之间的转换的实现方法
Sep 03 Python
Python3接口性能测试实例代码
Jun 20 Python
Python 装饰器(decorator)常用的创建方式及解析
Apr 24 Python
如何基于线程池提升request模块效率
Apr 18 #Python
新建文件时Pycharm中自动设置头部模板信息的方法
Apr 17 #Python
使用python无账号无限制获取企查查信息的实例代码
Apr 17 #Python
jupyter notebook中美观显示矩阵实例
Apr 17 #Python
Python3将ipa包中的文件按大小排序
Apr 17 #Python
利用pyecharts读取csv并进行数据统计可视化的实现
Apr 17 #Python
pyecharts动态轨迹图的实现示例
Apr 17 #Python
You might like
PHP与Java对比学习日期时间函数
2016/07/03 PHP
PHP防止图片盗用(盗链)的方法小结
2016/11/11 PHP
php+mysql实现简单登录注册修改密码网页
2016/11/30 PHP
PHP中mysqli_get_server_version()的实例用法
2020/02/03 PHP
一些常用的JS功能函数(2009-06-04更新)
2009/06/04 Javascript
Jquery调用webService远程访问出错的解决方法
2010/05/21 Javascript
jquery如何获取复选框的值
2013/12/12 Javascript
JS实现控制表格内指定单元格内容对齐的方法
2015/03/30 Javascript
jquery实现仿Flash的横向滑动菜单效果代码
2015/09/17 Javascript
JavaScript+html5 canvas实现图片破碎重组动画特效
2016/02/22 Javascript
js控件Kindeditor实现图片自动上传功能
2020/07/20 Javascript
微信小程序页面间通信的5种方式
2017/03/31 Javascript
Nuxt.js实战详解
2018/01/18 Javascript
BootStrap自定义popover,点击区域隐藏功能的实现
2018/01/23 Javascript
在Vue组件上动态添加和删除属性方法
2018/02/23 Javascript
vue axios请求拦截实例代码
2018/03/29 Javascript
react native 原生模块桥接的简单说明小结
2019/02/26 Javascript
微信小程序保存图片到相册权限设置
2020/04/09 Javascript
三剑客:offset、client和scroll还傻傻分不清?
2020/12/04 Javascript
[01:21]辉夜杯战队访谈宣传片—CDEC
2015/12/25 DOTA
[03:12]完美世界DOTA2联赛PWL DAY6集锦
2020/11/05 DOTA
利用python模拟实现POST请求提交图片的方法
2017/07/25 Python
Python中支持向量机SVM的使用方法详解
2017/12/26 Python
python实现对文件中图片生成带标签的txt文件方法
2018/04/27 Python
Python selenium键盘鼠标事件实现过程详解
2020/07/28 Python
纯css3使用vw和vh实现自适应的方法
2018/02/09 HTML / CSS
html5 Canvas绘制线条 closePath()实例代码
2012/05/10 HTML / CSS
美国最大的万圣节服装网站:HalloweenCostumes.com
2017/10/12 全球购物
美国在线打印网站:Overnight Prints
2018/10/11 全球购物
Linux如何修改文件和文件夹的权限
2013/09/05 面试题
代理人委托书
2014/09/16 职场文书
教师纪律作风整顿心得体会
2016/01/23 职场文书
Java多条件判断场景中规则执行器的设计
2021/06/26 Java/Android
一定要知道的 25 个 Vue 技巧
2021/11/02 Vue.js
apache ftpserver搭建ftp服务器
2022/05/20 Servers
Go语言编译原理之源码调试
2022/08/05 Golang