统计机房工作的学生]]
计算统计学或统计计算是统计学与计算机科学之间的纽带,是指通过计算方法实现的统计方法。计算统计学是计算科学中专门针对统计学数学科学的领域,目前还在迅速发展,因此有人呼吁在普通统计教育中教授更广泛的计算概念。
与传统统计学一样,其目标是将原始数据转化为知识,而重点在于计算机密集型统计方法,例如样本量非常大的情形与非齐性数据集等。
“计算统计学”也可指计算密集型统计方法,如重抽样、马尔可夫链蒙特卡洛、局部回归、核密度估计、人工神经网络与广义加性模型。
历史
虽然计算统计学在今天得到了广泛应用,但在统计学界被接受的历史其实相对较短。大多数情况下,统计领域的奠基人在开发计算统计方法时依赖数学与渐进逼近。
统计学领域中,“计算机”(computer,即字面上的“计算用的机器”)一词首次出现于Robert P. Porter于1891年发表在《美国统计协会杂志》(Journal of the American Statistical Association)中的一篇文章,文章讨论了赫尔曼·霍利里思的机器在美国第11次人口普查中的使用情况。赫尔曼·霍利里思的机器又叫穿孔制表机(tabulating machine),是电动机械学机器,用于协助汇总存储在打孔卡上的信息。发明者赫尔曼·霍利里思(1860年2月29日 – 1929年11月7日)是美国商人、发明家、统计学家,穿孔制表机于1884年获得专利,用在了美国1890年的人口普查中。1880年普查大约有5000万人参与,用了7年多时间才完成制表工作;而1890年普查时,人口有超过6200万,却只用了不到一年时间。这标志着机械化计算统计与半自动数据处理系统时代的开端。
1908年,威廉·戈塞进行了现在广为人知的蒙特卡洛模拟,从而发现了学生t-分布。在计算方法的帮助下,他还绘制了经验分布图与相应的理论分布图。计算机给模拟带来了革命性变化,使复制戈塞的实验变得不过是一种练习。
后来,科学家们提出了生成伪随机性偏差的计算方法,用逆累积分布函数或接受-拒绝方法将均匀偏差转换为其他分布形式,并开发了马尔可夫链蒙特卡洛的状态空间方法。1947年,兰德公司首次尝试全自动生成随机数,生成的随机数表整合为《百万乱数表》,于1955年出版。
到20世纪50年代中期,已经有多篇文章和专利提出了随机数生成器的设备,其开发源于用随机数进行模拟和统计分析中其他基本组成的需要,其中最著名的是ERNIE,它产生的随机数决定了英国发行的彩票债券Premium Bond的中奖者。1958年,约翰·图基发明了大折刀(jackknife),是一种在非标准条件下减少样本参数估计偏差的方法。这就需要计算机操作,至此,计算机使很多繁琐的统计研究变得可行。
方法
最大似然估计
最大似然估计用于根据观测数据估计假定概率分布的参数。其方法是最大化似然函数,使观测数据在假定的统计模型下最有可能实现。
蒙特卡洛法
蒙特卡洛法是依靠重复随机抽样获得数值结果的统计方法,其概念是利用随机性解决原则上确定性的问题,常用于物理学与数学问题,在难以使用其他方法是往往有效。蒙特卡洛法主要用于三类问题:最优化、数值积分与从概率分布中生成抽样。
马尔可夫链蒙特卡洛
马尔可夫链蒙特卡洛方法从连续随机变量中创建样本,概率分布与已知函数成正比。这些样本可用于估计变量的积分,如其期望值或方差。包含的步骤越多,样本分布就越接近实际预期分布。
应用
- 计算生物学
- 计算语言学
- 计算物理学
- 计算数学
- 计算材料科学
协会
*国际统计计算协会
另见
*统计分类
*数据科学
*机器学习
参考文献
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外部链接
协会
*[http://www.iasc-isi.org/ International Association for Statistical Computing]
*[http://stat-computing.org/ Statistical Computing section of the American Statistical Association]
期刊
*[http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/505539/description Computational Statistics & Data Analysis]
*[https://web.archive.org/web/20160919090854/http://www.amstat.org/publications/JCGS Journal of Computational & Graphical Statistics]
*[https://www.springer.com/statistics/computational/journal/11222 Statistics and Computing]
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