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地特三等申論題 109年 [統計] 抽樣方法

第 一 題

📖 題組:
光明社區管理委員會主任委員希望能調查住戶對禁止住戶在社區中庭花園抽菸以免影響其他住戶的意見,因為該社區住戶高達700戶,分別分布在 A、B、C、D 四棟大樓,因此主任委員在各棟大樓各用簡單隨機抽樣取出不放回的方式選擇了50戶住戶加以調查其意向。各棟大樓戶數及贊成社區中庭花園禁菸之樣本比例如下: 大樓編號 A:戶數 100,贊成比例 0.8 大樓編號 B:戶數 300,贊成比例 0.4 大樓編號 C:戶數 200,贊成比例 0.5 大樓編號 D:戶數 100,贊成比例 0.7
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請問光明社區住戶贊成禁止住戶在社區中庭花園抽菸比例之不偏估計推估值。(5分)

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看到題目將社區分成四棟大樓分別抽樣,應立即辨識出此為「分層隨機抽樣(Stratified Random Sampling)」。計算母體比例不偏估計值時,切忌直接將各層樣本比例作簡單算術平均,必須以各層母體戶數占總戶數的比例作為「層權數(Strata weights)」,計算加權平均數方為不偏估計量。

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【解題關鍵】本題為分層隨機抽樣,母體比例之不偏估計量公式為 $\hat{p}{st} = \sum{h=1}^L W_h p_h = \sum_{h=1}^L \left(\frac{N_h}{N}\right) p_h$。 【解答】 已知條件整理:

小題 (二)

請問以上推估值在95%信心水準下的最大估計誤差。(10分)

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考生應首先辨識此為「分層隨機抽樣(Stratified Random Sampling)」的母體比例估計問題。解題關鍵在於正確計算各層的權重(W_h),並務必代入「有限母體校正因子(fpc)」與使用不偏變異數公式(分母為 n_h - 1)來估計變異數,最後乘上95%信心水準對應的Z值(1.96)求得最大誤差界限。

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【解題關鍵】本題為分層隨機抽樣(Stratified Random Sampling)的比例估計,須計算各層權重並套用有限母體校正因子(fpc),再以 95% 信心水準之 Z 值(1.96)乘上標準誤求得最大估計誤差。 【解答】 Step 1:整理各層參數與權重

小題 (三)

在試行此一規定三個月後,主任委員想再做一次同樣的調查,請問在抽樣設計及總抽樣數均維持不變的情況下,可以如何來改進推估的精確程度?(10分)

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看到此題,應先辨識出本題為「分層隨機抽樣」的應用。原抽樣設計採用了「等額配置(各層皆抽50戶)」,忽略了各棟大樓戶數(層大小)與意見分歧度(層變異數)的差異。要提高精確度(降低估計量的變異數),最佳作法是利用前次調查的樣本比例資料估計各層變異數,改採「紐曼最佳配置(Neyman Allocation)」。

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【解題思路】在總樣本數不變的情況下,利用前次調查所得之各層樣本比例來估算各層之標準差,將原有的「等額配置」改為「紐曼最佳配置(Neyman Allocation)」,以最小化母體比例估計量的變異數。 【詳解】 已知條件整理:

📜 參考法條

95%信心水準請利用 Z0.025=1.96計算

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