“复杂调查的删除单位应由原设计决定。调查复制方差在主抽样单位层面删组,并按层内规则调整权重;若原估计包含校准,还需在复制中相应重做。”
形式陈述
复杂抽样的估计量是比率、分位数或回归系数,方差推导很难时怎么办?复制法根据原设计生成一组替代权重,每组权重完整重算一次估计,用重复结果的变动估计设计方差。
设原估计为
直觉
设计若先抽学校,就应让一个学校的学生一起增减权重;设计若在层内独立抽取,就应在相应层内变化。复制法像重复摇动原设计的随机开关,观察最终估计跟着变动多少。
这解释了为什么普通“逐行 bootstrap”不适合所有调查:它以个人记录为单位有放回重抽,可能把真实的整群结构拆散;固定重抽次数下,各行的出现次数也并不独立。复制权重保存的正是应共同变化或相互制约的关系。
例子与边界
删除一个主抽样单位的计算
先取无分层、三个独立同分布、同权主抽样单位的简化例子,单位结果为
普通delete-one jackknife 的缩放为
它恰等于三个独立观测的样本方差
三类设计需要不同复制结构
分层 jackknife 通常在一层内删掉一个主抽样单位,并调整该层其余单位的权重。平衡半样本 BRR 经典形式要求每层有两个主抽样单位,每份复制选一个并加倍,按平衡的符号模式组合。调查 bootstrap 则根据阶段、放回近似和有限总体比例设计重抽或重加权规则。
这些方案的共同点是保留设计,缩放常数却各自不同。Fay 型 BRR 只部分扰动权重,还要相应调整方差因子。面对发布机构给出的复制权重,应沿用该机构说明,完整记录方法、尺度、自由度和中心约定。
推论与应用
算法流程是:先算原估计;逐份替换权重并重跑相同分析;按规定中心和尺度汇总平方偏差。若一次分析成本为
如果原分析含非应答调整或校准,复制中也应按设计要求重做这些步骤。把最终权重直接乘一个简单因子,有时会遗漏权重估计本身的变化。
孤立层仅有一个主抽样单位时,层内方差信息不足,需要明确合并层、模型或其他处理。重复计算本身不会补出未观察到的设计变异。
参考资料
- Statistics Canada, Variance estimation, Chapter 7,复制权重及重复校准。
- Beaumont and Émond, With-replacement bootstrap variance estimation for household surveys: Principles, examples and implementation, Survey Methodology, 2021,复杂设计 bootstrap 的构造。
- Lumley, Complex Surveys, Wiley, 2010, Chapters 2–3,分层与整群设计的分析背景。