連續分布

學生 t 分配(Student's t-distribution)

當你用一個小樣本估計母體平均時,會面臨雙重不確定:你不知道真正的平均,「也」不知道真正的散布——你得用同一小撮資料去估計標準差。學生 t 分配正是誠實納入這份額外晃動的鐘形分配,它給出比常態略肥的尾巴,使你的結論適度地保守。

形式上,自由度為 k 的 t 來自 T = Z / sqrt(V/k),其中 Z 為標準常態,V 為獨立的、自由度 k 的卡方——這正是「以估計的標準差標準化樣本平均」的結構。它像標準常態一樣對稱、以 0 為中心,但尾巴更肥:自由度少時尾巴明顯偏肥(極端 t 值更可能出現),而隨著自由度 k 增大,卡方部分趨於穩定,t 分配收斂到標準常態。所以「小樣本」就用 t;「大樣本」時 t 與常態幾乎重合。

t 分配是 t 檢定與「平均的 t 信賴區間」的引擎——當母體標準差未知(這幾乎總是如此)時的日常工具。它的名字是歷史的趣聞:William Gosset 在健力士啤酒廠工作時以筆名「Student」發表。誠實的提醒:t 檢定的有效性建立在資料大致為常態(或樣本大到 CLT 適用)之上;對極小、嚴重偏態的樣本,連 t 也可能誤導。

只有 5 筆量測時(即 k = 4 自由度),平均的 95% 信賴區間使用約 2.78 的 t 乘數,而非常態的 1.96——更寬,因為小樣本所估計的標準差本身就不確定。

自由度少則尾巴更肥;自由度多則 t 趨近常態。

t 之所以比常態尾巴肥,「僅僅」是因為標準差是估計來的;k 大時它基本上就是常態,所以對大樣本而言「永遠用 t」是多餘的謹慎。

又称
t-distributionStudent tt 分配學生氏 t 分配