统计函数 (scipy.stats)#

本模块包含大量的概率分布、汇总和频率统计、相关函数和统计检验、掩码统计、核密度估计、准蒙特卡洛功能等。

统计学是一个非常广泛的领域,有些主题超出了 SciPy 的范围,由其他包覆盖。其中一些最重要的包包括:

  • statsmodels:回归、线性模型、时间序列分析,以及对 scipy.stats 所涵盖主题的扩展。

  • Pandas:表格数据、时间序列功能、与其他统计语言的接口。

  • PyMC:贝叶斯统计建模、概率机器学习。

  • scikit-learn:分类、回归、模型选择。

  • Seaborn:统计数据可视化。

  • rpy2:Python 到 R 的桥梁。

概率分布#

每个单变量分布都是 rv_continuous(对于离散分布则为 rv_discrete)子类的实例。

rv_continuous([momtype, a, b, xtol, ...])

旨在用于子类化的通用连续随机变量类。

rv_discrete([a, b, name, badvalue, ...])

旨在用于子类化的通用离散随机变量类。

rv_histogram(histogram, *args[, density])

生成由直方图给定的分布。

连续分布#

alpha

Alpha 连续随机变量。

anglit

Anglit 连续随机变量。

arcsine

反正弦连续随机变量。

argus

Argus 分布。

beta

Beta 连续随机变量。

betaprime

Beta prime 连续随机变量。

bradford

Bradford 连续随机变量。

burr

Burr (III 型) 连续随机变量。

burr12

Burr (XII 型) 连续随机变量。

cauchy

Cauchy 连续随机变量。

chi

Chi 连续随机变量。

chi2

卡方连续随机变量。

cosine

余弦连续随机变量。

crystalball

Crystalball 分布。

dgamma

双伽马连续随机变量。

dpareto_lognorm

双帕累托对数正态连续随机变量。

dweibull

双威布尔连续随机变量。

erlang

Erlang 连续随机变量。

expon

指数连续随机变量。

exponnorm

指数修正正态连续随机变量。

exponweib

指数化威布尔连续随机变量。

exponpow

指数幂连续随机变量。

f

F 连续随机变量。

fatiguelife

疲劳寿命 (Birnbaum-Saunders) 连续随机变量。

fisk

Fisk 连续随机变量。

foldcauchy

折叠柯西连续随机变量。

foldnorm

折叠正态连续随机变量。

genlogistic

广义逻辑连续随机变量。

gennorm

(对称) 广义正态连续随机变量。

genpareto

广义帕累托连续随机变量。

genexpon

广义指数连续随机变量。

genextreme

广义极值连续随机变量。

gausshyper

高斯超几何连续随机变量。

gamma

伽马连续随机变量。

gengamma

广义伽马连续随机变量。

genhalflogistic

广义半逻辑连续随机变量。

genhyperbolic

广义双曲连续随机变量。

geninvgauss

广义逆高斯连续随机变量。

gibrat

Gibrat 连续随机变量。

gompertz

Gompertz (或截断 Gumbel) 连续随机变量。

gumbel_r

右偏 Gumbel 连续随机变量。

gumbel_l

左偏 Gumbel 连续随机变量。

halfcauchy

半柯西连续随机变量。

halflogistic

半逻辑连续随机变量。

halfnorm

半正态连续随机变量。

halfgennorm

广义正态连续随机变量的上半部分。

hypsecant

双曲正割连续随机变量。

invgamma

逆伽马连续随机变量。

invgauss

逆高斯连续随机变量。

invweibull

逆威布尔连续随机变量。

irwinhall

Irwin-Hall (均匀分布之和) 连续随机变量。

jf_skew_t

Jones 和 Faddy 偏 t 分布。

johnsonsb

Johnson SB 连续随机变量。

johnsonsu

Johnson SU 连续随机变量。

kappa4

Kappa 4 参数分布。

kappa3

Kappa 3 参数分布。

ksone

柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫单侧检验统计量分布。

kstwo

柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫双侧检验统计量分布。

kstwobign

缩放后的柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫双侧检验统计量的极限分布。

landau

Landau 连续随机变量。

laplace

拉普拉斯连续随机变量。

laplace_asymmetric

非对称拉普拉斯连续随机变量。

levy

Levy 连续随机变量。

levy_l

左偏 Levy 连续随机变量。

levy_stable

Levy 稳定连续随机变量。

logistic

逻辑 (或 Sech 平方) 连续随机变量。

loggamma

对数伽马连续随机变量。

loglaplace

对数拉普拉斯连续随机变量。

lognorm

对数正态连续随机变量。

loguniform

对数均匀或倒数连续随机变量。

lomax

Lomax (第二类帕累托) 连续随机变量。

maxwell

麦克斯韦连续随机变量。

mielke

Mielke Beta-Kappa / Dagum 连续随机变量。

moyal

Moyal 连续随机变量。

nakagami

Nakagami 连续随机变量。

ncx2

非中心卡方连续随机变量。

ncf

非中心 F 分布连续随机变量。

nct

非中心学生 t 分布连续随机变量。

norm

正态连续随机变量。

norminvgauss

正态逆高斯连续随机变量。

pareto

帕累托连续随机变量。

pearson3

Pearson III 型连续随机变量。

powerlaw

幂函数连续随机变量。

powerlognorm

幂对数正态连续随机变量。

powernorm

幂正态连续随机变量。

rdist

R 分布 (对称 Beta) 连续随机变量。

rayleigh

瑞利连续随机变量。

rel_breitwigner

相对论 Breit-Wigner 随机变量。

rice

莱斯连续随机变量。

recipinvgauss

倒数逆高斯连续随机变量。

semicircular

半圆连续随机变量。

skewcauchy

偏柯西随机变量。

skewnorm

偏正态随机变量。

studentized_range

学生化极差连续随机变量。

t

学生 t 连续随机变量。

trapezoid

梯形连续随机变量。

triang

三角形连续随机变量。

truncexpon

截断指数连续随机变量。

truncnorm

截断正态连续随机变量。

truncpareto

上截断帕累托连续随机变量。

truncweibull_min

双截断威布尔最小值连续随机变量。

tukeylambda

Tukey-Lambda 连续随机变量。

uniform

均匀连续随机变量。

vonmises

Von Mises 连续随机变量。

vonmises_line

Von Mises 连续随机变量。

wald

Wald 连续随机变量。

weibull_min

威布尔最小值连续随机变量。

weibull_max

威布尔最大值连续随机变量。

wrapcauchy

卷绕柯西连续随机变量。

单变量连续分布的 fit 方法使用最大似然估计将分布拟合到数据集。fit 方法可以接受常规数据或删失数据 (censored data)。删失数据由 CensoredData 类的实例表示。

CensoredData([uncensored, left, right, interval])

此类实例表示删失数据。

多变量分布#

multivariate_normal

多变量正态随机变量。

matrix_normal

矩阵正态随机变量。

dirichlet

狄利克雷随机变量。

dirichlet_multinomial

狄利克雷多项式随机变量。

wishart

Wishart 随机变量。

invwishart

逆 Wishart 随机变量。

multinomial

多项式随机变量。

special_ortho_group

特殊正交矩阵 (SO(N)) 随机变量。

ortho_group

正交矩阵 (O(N)) 随机变量。

unitary_group

矩阵值 U(N) 随机变量。

random_correlation

随机相关矩阵。

multivariate_t

多变量 t 分布随机变量。

multivariate_hypergeom

多变量超几何随机变量。

normal_inverse_gamma

正态-逆伽马分布。

random_table

具有固定边际和的独立样本列联表。

uniform_direction

向量值均匀方向。

vonmises_fisher

von Mises-Fisher 变量。

matrix_t

矩阵 t 随机变量。

scipy.stats.multivariate_normal 方法接受以下类的实例来表示协方差。

Covariance()

协方差矩阵的表示。

离散分布#

bernoulli

伯努利离散随机变量。

betabinom

Beta-二项式离散随机变量。

betanbinom

Beta-负二项式离散随机变量。

binom

二项式离散随机变量。

boltzmann

玻尔兹曼 (截断离散指数) 随机变量。

dlaplace

拉普拉斯离散随机变量。

geom

几何离散随机变量。

hypergeom

超几何离散随机变量。

logser

对数 (对数序列) 离散随机变量。

nbinom

负二项式离散随机变量。

nchypergeom_fisher

费舍尔非中心超几何离散随机变量。

nchypergeom_wallenius

Wallenius 非中心超几何离散随机变量。

nhypergeom

负超几何离散随机变量。

planck

普朗克离散指数随机变量。

poisson

泊松离散随机变量。

poisson_binom

泊松二项式离散随机变量。

randint

均匀离散随机变量。

skellam

Skellam 离散随机变量。

yulesimon

Yule-Simon 离散随机变量。

zipf

Zipf (Zeta) 离散随机变量。

zipfian

Zipfian 离散随机变量。

下面概述了统计函数。其中许多函数在 scipy.stats.mstats 中有类似的版本,适用于掩码数组。

汇总统计#

describe(a[, axis, ddof, bias, nan_policy])

计算所传递数组的若干描述性统计量。

gmean(a[, axis, dtype, weights, nan_policy, ...])

沿指定轴计算加权几何平均值。

hmean(a[, axis, dtype, weights, nan_policy, ...])

沿指定轴计算加权调和平均值。

pmean(a, p, *[, axis, dtype, weights, ...])

沿指定轴计算加权幂平均值。

kurtosis(a[, axis, fisher, bias, ...])

计算数据集的峰度(Fisher 或 Pearson)。

mode(a[, axis, nan_policy, keepdims])

返回一个包含传递数组中众数(最常见值)的数组。

moment(a[, order, axis, nan_policy, center, ...])

计算样本关于均值的 n 阶矩。

lmoment(sample[, order, axis, sorted, ...])

计算来自连续分布的样本的 L-矩。

expectile(a[, alpha, weights, axis, ...])

计算指定水平的期望值。

skew(a[, axis, bias, nan_policy, keepdims])

计算数据集的样本偏度。

kstat(data[, n, axis, nan_policy, keepdims])

返回第 n 个 k-统计量(目前 1<=n<=4)。

kstatvar(data[, n, axis, nan_policy, keepdims])

返回 k-统计量方差的无偏估计。

tmean(a[, limits, inclusive, axis, ...])

计算修整平均值 (trimmed mean)。

tvar(a[, limits, inclusive, axis, ddof, ...])

计算截尾方差。

tmin(a[, lowerlimit, axis, inclusive, ...])

计算截尾最小值。

tmax(a[, upperlimit, axis, inclusive, ...])

计算截尾最大值。

tstd(a[, limits, inclusive, axis, ddof, ...])

计算截尾样本标准差。

tsem(a[, limits, inclusive, axis, ddof, ...])

计算修整均值标准误差。

variation(a[, axis, nan_policy, ddof, keepdims])

计算变异系数。

rankdata(a[, method, axis, nan_policy])

为数据分配排名,并适当处理平局。

tiecorrect(rankvals)

用于 Mann-Whitney U 和 Kruskal-Wallis H 检验的平局校正因子。

trim_mean(a, proportiontocut[, axis, ...])

在剔除指定比例的极值后,返回数组的平均值。

gstd(a[, axis, ddof, keepdims, nan_policy])

计算数组的几何标准差。

iqr(x[, axis, rng, scale, nan_policy, ...])

沿指定轴计算数据的四分位距。

sem(a[, axis, ddof, nan_policy, keepdims])

计算均值的标准误。

bayes_mvs(data[, alpha])

均值、方差和标准差的贝叶斯置信区间。

mvsdist(data)

用于数据均值、方差和标准差的“冻结”分布。

entropy(pk[, qk, base, axis, nan_policy, ...])

计算给定分布的香农熵/相对熵。

differential_entropy(values, *[, ...])

给定分布的样本,估计微分熵。

median_abs_deviation(x[, axis, center, ...])

沿给定轴计算数据的中位数绝对偏差。

频率统计#

quantile(x, p, *[, method, axis, ...])

沿指定轴计算数据的第 p 分位数。

estimated_cdf(x, y, *[, method, axis, ...])

估计样本底层分布的累积分布函数 (CDF)。

cumfreq(a[, numbins, defaultreallimits, weights])

使用直方图函数返回累积频率直方图。

relfreq(a[, numbins, defaultreallimits, weights])

使用直方图函数返回相对频率直方图。

percentileofscore(a, score[, kind, nan_policy])

计算分数相对于分数列表的百分位秩。

scoreatpercentile(a, per[, limit, ...])

计算输入序列在给定百分位数处的分数。

binned_statistic(x, values[, statistic, ...])

计算一个或多个数据集的分箱统计量。

binned_statistic_2d(x, y, values[, ...])

计算一个或多个数据集的二维分箱统计量。

binned_statistic_dd(sample, values[, ...])

计算数据集的多维分箱统计量。

随机变量#

make_distribution(dist)

从兼容对象生成 UnivariateDistribution 类。

Normal([mu, sigma])

具有指定均值和标准差的正态分布。

Logistic(*[, tol, validation_policy, ...])

标准逻辑分布。

Uniform(*[, a, b])

均匀分布。

Binomial(*, n, p, **kwargs)

具有指定成功概率和试验次数的二项分布。

Mixture(components, *[, weights])

混合分布的表示。

order_statistic(X, /, *, r, n)

顺序统计量的概率分布。

truncate(X[, lb, ub])

截断随机变量的支撑集。

abs(X, /)

随机变量的绝对值。

exp(X, /)

随机变量的自然指数。

log(X, /)

非负随机变量的自然对数。

其他统计功能#

转换#

boxcox(x[, lmbda, alpha, optimizer, nan_policy])

返回由 Box-Cox 幂变换转换的数据集。

boxcox_normmax(x[, brack, method, ...])

计算输入数据的最优 Box-Cox 变换参数。

boxcox_llf(lmb, data, *[, axis, keepdims, ...])

Box-Cox 对数似然函数。

yeojohnson(x[, lmbda, nan_policy])

返回由 Yeo-Johnson 幂变换转换的数据集。

yeojohnson_normmax(x[, brack, nan_policy])

计算最优 Yeo-Johnson 变换参数。

yeojohnson_llf(lmb, data, *[, axis, ...])

Yeo-Johnson 对数似然函数。

obrientransform(*samples[, nan_policy])

对输入数据(任意数量的数组)计算 O'Brien 变换。

sigmaclip(a[, low, high, nan_policy])

执行数组元素的迭代 sigma 削波。

trimboth(a, proportiontocut[, axis])

从数组两端切掉一定比例的项。

trim1(a, proportiontocut[, tail, axis])

从传递的数组分布的一端切掉一定比例。

zmap(scores, compare[, axis, ddof, nan_policy])

计算相对 Z 分数。

zscore(a[, axis, ddof, nan_policy])

计算 Z 分数。

gzscore(a, *[, axis, ddof, nan_policy])

计算几何标准分数。

统计距离#

wasserstein_distance(u_values, v_values[, ...])

计算两个一维离散分布之间的 Wasserstein-1 距离。

wasserstein_distance_nd(u_values, v_values)

计算两个多维离散分布之间的 Wasserstein-1 距离。

energy_distance(u_values, v_values[, ...])

计算两个一维分布之间的能量距离。

拟合 / 生存分析#

fit(dist, data[, bounds, guess, method, ...])

将离散或连续分布拟合到数据。

ecdf(sample)

样本的经验累积分布函数。

logrank(x, y[, alternative])

通过对数秩检验比较两个样本的生存分布。

方向性统计函数#

directional_stats(samples, *[, axis, normalize])

计算方向性数据的样本统计量。

circmean(samples[, high, low, axis, ...])

计算角度观测值样本的循环均值。

circvar(samples[, high, low, axis, ...])

计算角度观测值样本的循环方差。

circstd(samples[, high, low, axis, ...])

计算角度观测值样本的循环标准差。

灵敏度分析#

sobol_indices(*, func, n[, dists, method, ...])

Sobol' 的全局灵敏度指数。

绘图检验#

ppcc_max(x[, brack, dist])

计算使 PPCC 最大化的形状参数。

ppcc_plot(x, a, b[, dist, plot, N])

计算并可选地绘制概率图相关系数。

probplot(x[, sparams, dist, fit, plot, rvalue])

计算概率图的分位数,并可选地显示绘图。

boxcox_normplot(x, la, lb[, plot, N])

计算 Box-Cox 正态性图的参数,并可选地显示它。

yeojohnson_normplot(x, la, lb[, plot, N])

计算 Yeo-Johnson 正态性图的参数,并可选地显示它。

单变量和多变量核密度估计#

gaussian_kde(dataset[, bw_method, weights])

使用高斯核的核密度估计表示。

scipy.stats 中使用的警告/错误#

DegenerateDataWarning([msg])

当数据退化且结果可能不可靠时发出警告。

ConstantInputWarning([msg])

当数据中的所有值完全相等时发出警告。

NearConstantInputWarning([msg])

当数据中的所有值几乎相等时发出警告。

FitError([msg])

表示将分布拟合到数据时的错误情况。

scipy.stats 中使用的结果类#

警告

这些类是私有的,但在此处列出,因为它们的实例由其他统计函数返回。不支持用户导入和实例化。