POLI 205

profileBoomer18
Tokunaga_Ch06topost.pdf

12/14/2018

1

A Brief Introduction to Probability

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

• Probability − Likelihood of occurrence of outcome of an 

event given all possible outcomes

A Brief Introduction to Probability

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

• Probability − What’s the likelihood of randomly 

selecting the fastest checkout line at a  grocery store with 5 checkout lanes?

12/14/2018

2

A Brief Introduction to Probability

• The sum of the probabilities of all  possible outcomes is 1.00 (100%)

• Addition rule: – When we have mutually exclusive  outcomes, the probabilities of the  outcomes can be summed to find a  combined probability

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Why is Probability Important to Researchers?

• Because research is typically conducted  with samples rather than populations,  researchers rely on probability to  evaluate data collected from samples

• Sampling error – The difference between statistics calculated  from a sample and those from the  population

– Samples are imperfect representations of  the population

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

3

Applying Probability to Normal Distributions

• Percentages of scores in the normal  curve can be re‐expressed as  probabilities.

• For example,  – The "percentage of scores between z = .00  and z = 2.24” is the same as the  “probability that a randomly selected z‐ score will be between z = .00 and z = 2.24”

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Applying Probability to Binomial Distributions

• Binomial distributions are based on  variables with only two categories

– Gender (male, female)

– Test response (correct, incorrect)

– Coin (heads, tails)

• Probability is labeled as p and q p = p(heads)  and q = p(tails)

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

4

Applying Probability to Binomial Distributions

• The probabilities of outcomes in a  binomial distribution become  increasingly normal in shape with larger  sample sizes

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Introduction to Hypothesis Testing

• Research hypotheses vs. statistical  hypotheses

– Research hypotheses: focus on verbal  expression of concepts

– Statistical hypotheses: focus on numerical  expressions of relationships between  variables

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

5

Introduction to Hypothesis Testing

State the null and alternative hypotheses (H0 and H1)

Make a decision about the null hypothesis

Draw a conclusion from the analysis

Relate the result of the analysis to the research  hypothesis

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Introduction to Hypothesis Testing:  Null and Alternative Hypothesis

• A set of hypotheses that present two  mutually exclusive conclusions about  data

• Null hypothesis (H0) – Proposes that the hypothesized change,  difference, or relationship does not exist

– Football coin toss example with a total of  12 games:

H0:  = 6

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

6

Introduction to Hypothesis Testing:  Null and Alternative Hypothesis

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

• Alternative hypothesis (H1) − Proposes that the hypothesized change, 

difference, or relationship does exist. − Football coin toss example:

H1 : μ ≠ 6

Introduction to Hypothesis Testing

State the null and alternative hypotheses (H0 and H1)

Make a decision about the null hypothesis

Draw a conclusion from the analysis

Relate the result of the analysis to the research  hypothesis

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

7

Introduction to Hypothesis  Testing: Making a Decision

• What would lead us to reject the null  hypothesis (H0)?

– Can’t simply compare the statistic  calculated from a sample with the  hypothesized population parameter

• Recall the discussion of sampling error

– We look for evidence that has a low  probability of occurring when H0 is true

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Introduction to Hypothesis  Testing: Making a Decision

• Defining a “low” probability – Alpha (): probability of a statistic used to  make the decision whether to reject H0

– Conventionally,  = .05, or a 5% chance of  the statistic occurring when H0 is true

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

8

Introduction to Hypothesis  Testing: Making a Decision

• Identifying values of a statistic with low probability – What values have a combined probability < ? – Reading a table

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Introduction to Hypothesis  Testing: Making a Decision

• Region of rejection – Values of a statistic whose combined  probability is low enough to lead to the  decision to reject H0

• Region of non‐rejection – Values of a statistic whose combined  probability is not low enough to lead to the  decision to reject H0

• Critical value – Value of a statistic that separates the two  regions

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

9

Introduction to Hypothesis  Testing: Making a Decision

• For  = .05 and N = 12 games, critical values = 3  wins and 9 wins

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Introduction to Hypothesis  Testing: Making a Decision

• Stating a decision rule – If the value of the statistic lies beyond the  critical values (is in the region of rejection),  reject the null hypothesis; otherwise, do  not reject the null hypothesis.

– Example: If the number of wins in 12 Super  Bowls is fewer than 3 or greater than 9,  reject H0; otherwise do not reject H0.

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

10

Introduction to Hypothesis  Testing: Making a Decision

• Calculating a value of the statistic – Calculate a value of a statistic that will be  compared with the critical values

– (Note: the statistic that’s calculated will  change throughout the course, depending  on the research situation)

• Make a decision whether to reject H0 – Compare the statistic to the critical value

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Introduction to Hypothesis Testing

State the null and alternative hypotheses (H0 and H1)

Make a decision about the null hypothesis

Draw a conclusion from the analysis

Relate the result of the analysis to the research  hypothesis

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

11

Introduction to Hypothesis  Testing: Drawing a Conclusion

• The conclusion should state  – The sample from whom the data were  collected

– The value of the statistic calculated from  the data

– The decision about the null hypothesis

– The probability of the statistic

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Introduction to Hypothesis Testing

State the null and alternative hypotheses (H0 and H1)

Make a decision about the null hypothesis

Draw a conclusion from the analysis

Relate the result of the analysis to the research  hypothesis

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

12

Introduction to Hypothesis Testing:  Relating to the Research Hypothesis

• Does the statistical analysis support the  original research hypothesis?

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Issues Related to Hypothesis Testing: “Proof”

• Because hypothesis testing is based on  probability, it cannot provide “proof”

– Proof implies absolute certainty

– Hypothesis testing can only provide support  or lack of support for a hypothesis

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

13

Issues Related to Hypothesis Testing: Errors

• Understand that it’s possible that the  decision made about the null hypothesis  could be incorrect

– Rejecting the null hypothesis when we  shouldn’t

– Not rejecting the null hypothesis when we  should

• These two errors will be discussed later  in the book

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Issues Related to Hypothesis Testing:  Factors that Affect the Decision

• Sample size – The larger the sample size, the greater the  likelihood of rejecting H0

• Alpha – The smaller the value of , the lower the  likelihood of rejecting H0

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

14

Issues Related to Hypothesis Testing:  Factors that Affect the Decision

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

• Directionality of the alternative  hypothesis. − Non‐directional hypotheses do not 

specify the direction of change,  difference, relationship

− Directional hypotheses specify the  direction of change, difference,  relationship

Issues Related to Hypothesis Testing:  Factors that Affect the Decision

Non‐directional hypotheses:  Regions of  rejection in both ends of the distribution  (two‐tailed)

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

12/14/2018

15

Issues Related to Hypothesis Testing:  Factors that Affect the Decision

Directional hypotheses:  Region of rejection in  only one end of the distribution (one‐tailed)

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Looking Ahead

• Now that you are familiar with the steps  of hypothesis testing, we will begin to  talk about different statistical  procedures that compare sample  means with population means

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016