有限总体方差的模型无偏估计(一)

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有限总体方差的模型无偏估计
摘要：本文借助于超总体模型，通过对有限总体方差的一个比率型估计量进行修正而获得了一个总体方差的模型无偏估计。我们也讨论了通常的比率型估计量的线性函数之模型无偏性。

关键词：方差估计，辅助信息，比率型估计，模型无偏估计
引言
在抽样理论中，总体方差的估计是一个重要问题。一般地，在简单随机抽样下，我们常常用样本方差来估计总体方差。然而，这没有利用辅助信息。注意到在实际的抽样调查中，我们通常会有辅助信息可以加以利用。因此如何利用辅助信息以提高总体方差的估计效率是值得研究的。众所周知，对于总体均值的估计问题，通过构造比率型估计量可大大提高估计的精度（参见Cochran (1977), 冯士雍、施锡铨(1996), 孙山泽 (2004)）。基于同样的思想，Isaki (1983) 也对总体方差的估计问题提出了如下的比率型估计：
，
其中和表示样本方差，表示总体方差（显然，上式隐含了。这对实际中几乎所有的总体都是满足的）。后来，Prasad 和 Singh (1990) 考虑了形如的改进估计（这里是一个常数）。然而，不象总体均值的比率型估计量，这些估计量通常都不是模型无偏的（关于模型无偏的定义可参见Cochran 1977）。本文的主要目的就是对Isaki (1983) 的比率型方差估计进行修正，使之成为关于模型的无偏估计。另一方面，我们也将研究形如（此处和均为常数。这显然包含了Prasad 和 Singh (1990) 的估计量）的估计量的模型无偏性。

2．主要结果
以下我们假定大小为的有限总体是来自下面的超总体模型的一个随机样本：

（1）

其中，和是未知的参数，是一个已知的常数，一般取值在0与2之间（参见Cochran 1977），是相互独立的随机误差，而表示关于超总体模型取数学期望。这个模型在抽样理论中是最基本的模型，在文献中已被广泛采用，如见Cassel 等 (1977), Cochran (1977)，Rao (2003) 等。进一步，我们假定是用任意的抽样方案抽取的一个大小为的样本。
为了估计总体方差，我们修正Isaki (1983) 的比率型方差估计量而提出如下的方差估计量：

（2）

可以证明
定理1 在超总体模型（1）下，估计量是总体方差的模型无偏估计。

证明：见附录。

由模型无偏的方差估计的表达式（2）可得如下的有趣性质：记
，.
则当抽取的辅助变量满足时，Isaki (1983) 的比率型方差估计量与我们的修正估计量一致，从而是模型无偏的。

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