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例1:系统抽样

统计案例 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 将总体按顺序编号,计算间隔 $k$,随机确定起始号,之后每隔 $k$ 个抽取一个样本。

从哪来 建立在“随机事件”之上。系统抽样的核心在于“随机确定起始号”这一步,这本质上是一个随机事件,保证了样本抽取的随机性和公平性。

为什么 当总体容量 $N$ 较大时,简单随机抽样(如抽签法、随机数表法)操作繁琐且耗时。系统抽样利用总体中个体排列的规律性(或无规律性),通过等距抽取,既保留了随机性(起始号随机),又极大地简化了操作流程,提高了效率,且样本在总体中分布均匀,代表性较好。

适合:形象思维强、喜欢直观演示的学生** **比喻法
把总体想象成一排整齐的士兵(编号1, 2, 3... N)。我们要从中挑选 $n$ 个代表。 1. 先算出每 $k$ 个士兵里挑一个($k = N/n$)。 2. 在第一个小组(1到 $k$)里,闭眼随便指一个士兵作为“领头人”(起始号 $m$)。 3. 之后,每隔 $k$ 个士兵就挑一个:$m, m+k, m+2k, \dots$。 就像在排队买票,你随机决定从第几个人开始,然后每数5个人就带一个走。
适合:逻辑严密、喜欢公式推导的学生** **算法化思维
将抽样过程看作一个确定性的算法流程。 1. 输入:总体容量 $N$,样本容量 $n$。 2. 计算步长:$k = \lfloor N/n \rfloor$(若 $N$ 不能被 $n$ 整除,需先剔除多余个体或调整 $k$,通常高中阶段假设 $N$ 能被 $n$ 整除或先随机剔除)。 3. 随机初始化:在 $[1, k]$ 区间内生成一个随机整数 $m$。 4. 迭代生成:样本集 $S = \{ m + i \cdot k \mid i = 0, 1, \dots, n-1 \}$。 强调:除了 $m$ 是随机的,其余步骤都是机械执行的确定性过程。
适合:生活经验丰富、喜欢联系实际的学生** **生活实例法
超市货架检查。 假设超市有1000瓶饮料(总体),质检员要检查50瓶(样本)。 1. 货架是线性排列的,编号1-1000。 2. 计算间隔:$1000 / 50 = 20$。 3. 质检员随机决定从第7瓶开始检查(起始号7)。 4. 然后检查第27瓶、47瓶、67瓶……直到检查完50瓶。 这种方法比把1000瓶饮料倒进袋子里抓50瓶要快得多,而且检查的瓶子在货架上分布很均匀,能代表整体质量。
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练一道
基础题
某学校高一年级有1000名学生,现采用系统抽样方法从中抽取50名学生进行问卷调查。将学生按1到1000编号。 (1) 计算抽样间隔 $k$; (2) 若在第一组(1-20号)中随机抽取的起始号为13,请写出前5个被抽取学生的编号。
变式
某工厂生产了1005件产品,编号1-1005。现需抽取100件进行质检。 (1) 由于1005不能被100整除,应先随机剔除5件产品,使剩余产品数为1000。若剔除的是编号为1, 2, 3, 4, 5的产品,剩余产品重新编号为1-1000。 (2) 计算新的抽样间隔 $k$。 (3) 若在新编号中,第一组(1-10)随机抽取的起始号为8,求原编号中第3个被抽取产品的编号。
试试手自己判
检测题
总体容量 $N=101$,样本容量 $n=10$。采用系统抽样。 (1) 应先随机剔除几个个体? (2) 剔除后,抽样间隔 $k$ 是多少? (3) 若剔除后重新编号,第一组(1-10)随机抽取起始号为7,求第10个被抽取个体的新编号。
看答案和判分标准
答案:(1) $101 \div 10 = 10 \dots 1$,剔除1个。 (2) $k = 100 / 10 = 10$。 (3) 第10个编号:$7 + (10-1) \times 10 = 7 + 90 = 97$。
判对标准:
- 剔除1个:正确(1分)
- $k=10$:正确(1分)
- 第10个编号为97:正确(2分)
- 若剔除数量错、$k$ 错或最终编号错,均不得满分。
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