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Hipergeométrica: muestrear sin reemplazo

Apuntes, tema 3 · 3.1.5: modelo hipergeométrico; asociación con ejercicio 2.9Abrir el PDF en la página 8

Objetivos de la lección

  • Identificar una población finita con composición conocida.
  • Determinar el soporte antes de usar la fórmula.

Apartado 1 de 3

Contar muestras de un lote finito

Transcripción

Hola, elegimos tres semillas sin reemplazo de un lote de doce, con cuatro de la variedad de interés y ocho restantes: esos son los tamaños del diseño.

Equis contará cuántas son de la variedad.

Como lo retirado ya no está disponible, debemos contar muestras de un conjunto finito, no repetir ensayos con composición inalterada.

Ene mayúscula indica las doce semillas de la población, ka mayúscula las cuatro de interés y ene minúscula las tres plazas de la muestra.

La hipergeométrica supone que todos los subconjuntos de tres semillas tienen la misma probabilidad.

El orden de extracción no cambia qué muestra de tres hemos elegido.

Para obtener exactamente una semilla de interés, primero elegimos cuál de las cuatro será.

La combinación cuatro sobre uno vale cuatro.

Contamos semillas distintas aunque pertenezcan a la misma variedad: cada una puede formar muestras diferentes.

Quedan dos plazas que deben proceder de las ocho semillas restantes; de otro modo dejaríamos de tener exactamente una de interés.

La combinación ocho sobre dos cuenta las parejas sin duplicarlas por cambiar su orden: ocho por siete dividido entre dos da veintiocho.

Cada una de las cuatro elecciones de interés puede acompañarse de cualquiera de las veintiocho parejas restantes.

Por esa regla del producto hay ciento doce muestras favorables.

Esta multiplicación cuenta opciones compatibles; no supone independencia probabilística entre extracciones.

Todavía tenemos un número de muestras, no una probabilidad: falta compararlo con todas las muestras equiprobables.

Mezclar bien el lote puede justificar esa equiprobabilidad, pero no vuelve independientes las extracciones.

Si retiramos una semilla de interés quedan tres de once; si retiramos otra, quedan cuatro de once.

Palabras y símbolos de esta lección​

n, p, k, r · Ensayos y éxitos

Se lee: ene; pe; ka; erre.

n suele contar ensayos; p es la probabilidad del resultado que llamamos éxito; k es el recuento preguntado; r puede ser una meta de éxitos. Cada enunciado fija su uso.

Ejemplo: En diez semillas, n = 10; si germina una de cada cuatro, p = 0,25.

C(n,k), binom(n,k) · Combinaciones

Se lee: ene sobre ka; combinaciones de ene elementos tomados de ka en ka.

Cuenta grupos de k elementos elegidos de n sin repetir y sin distinguir el orden. La notación vertical de dos números no es una fracción.

Ejemplo: De A, B y C salen tres parejas: AB, AC y BC.

P(A), P(X ≤ x) · Probabilidad

Se lee: probabilidad de A; probabilidad de que X sea menor o igual que x.

P aplica una probabilidad a la condición escrita entre paréntesis. El resultado va de cero a uno.

Ejemplo: P(germinar) = 0,25 equivale al 25 %.

Soporte, ℝ, ℕ, ∞ · Valores permitidos

Se lee: soporte; números reales; números naturales; infinito.

El soporte delimita dónde puede estar la variable. ℝ incluye números negativos, positivos y decimales. Aquí siempre se indica si los enteros empiezan en cero o en uno. Infinito no es un número que se sustituya.

Ejemplo: Un recuento puede valer 0, 1, 2…; un tiempo no puede ser negativo.

E[X], μ · Esperanza o media del modelo

Se lee: esperanza de equis; mu.

Promedia los valores posibles dando más peso a los más probables. No obliga a que ese valor aparezca en una observación.

Ejemplo: Cero o cuatro células con igual probabilidad dan media dos.

Var(X), σ², σ · Varianza y desviación típica

Se lee: varianza de equis; sigma al cuadrado; sigma.

La varianza promedia distancias a la media elevadas al cuadrado. Su raíz, la desviación típica, expresa la dispersión en las unidades originales.

Ejemplo: Desviación 3 mm significa varianza 9 mm².

¿Qué cambia cuando no devolvemos lo que extraemos?​

Un lote tiene doce semillas y cuatro son de una variedad. Elegimos tres sin devolverlas. Tras cada extracción cambia lo disponible: las selecciones no son ensayos independientes con una probabilidad fija. La hipergeométrica describe este muestreo sin reemplazo.

Usamos N para el tamaño del lote, K para las semillas de interés y n para el tamaño de muestra. k es cuántas de interés queremos obtener. Cada grupo de n semillas debe tener la misma probabilidad de ser elegido; una selección con preferencias requeriría otro modelo.

El contenido disponible cambia​

La hipergeométrica cuenta elementos de una categoría al seleccionar, sin reemplazo y de forma uniforme, una muestra de una población finita. Sus parámetros son el tamaño total de la población, el número de elementos de la categoría y el tamaño de la muestra. Las extracciones no son independientes: lo retirado ya no está disponible.

El numerador cuenta selecciones con el número deseado de elementos de la categoría y el resto fuera de ella. El denominador cuenta todas las selecciones de ese tamaño. Esta derivación depende de que cada subconjunto sea igualmente probable. Un muestreo con preferencia por ciertos individuos necesita otro modelo.