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📈 DS 数据科学家ID: ds-sample-size-formula-mde-derivation

样本量公式严格推导与 MDE 估算

Sample Size Derivation & MDE Budget
🎯核心定义
工业 A/B 测试每组所需最小样本量闭式公式与最小可检测效应 (Minimum Detectable Effect, MDE) 严格数学推导 (A/B Test Minimum Sample Size Formula & MDE Power Derivation) 是任何实验上线前计算“实验需要跑几天、分流百分比是多少”的黄金计算准则;在双样本均值检验下,设定显著性水平 α\alpha 与功效 1β1 - \beta,两组样本量相等的每组所需样本量公式严格推导为:n=(zα/2+zβ)22σ2δ2n = \frac{(z_{\alpha/2} + z_\beta)^2 \cdot 2\sigma^2}{\delta^2}(其中 δ=μTμC\delta = |\mu_T - \mu_C| 为预期效应绝对值,σ2\sigma^2 为指标总体方差);对于二项分布比率指标(如 CTR/CVR,均值为 pp),方差替换为 σ2=p(1p)\sigma^2 = p(1-p),得到:n=(zα/2+zβ)22pˉ(1pˉ)δ2n = \frac{(z_{\alpha/2} + z_\beta)^2 \cdot 2 \bar{p}(1-\bar{p})}{\delta^2};反之,在固定日活流量与实验天数(固定总样本量 nn)下,可反解出系统能可靠检测出的最小效应阈值 MDE=(zα/2+zβ)2σ2n\text{MDE} = (z_{\alpha/2} + z_\beta) \sqrt{\frac{2\sigma^2}{n}}
💡使用场景
实验前置流量分流规划、实验周期排期评估、微小增益业务场景下的功效算力预算。
解决的核心痛点
样本量过小会导致实验功效不足(即使有提升也因噪声过大无法达到统计显著),样本量过大会浪费宝贵的用户流量和拖慢产品迭代周期;样本量公式提供了精确的流量优化边界。
🎯5 个高频面试考点 (Exam Points)
1
从正态分布分位数临界值定义出发,现场手写完整推导出样本量公式 n=(zα/2+zβ)22σ2δ2n = \frac{(z_{\alpha/2} + z_\beta)^2 \cdot 2\sigma^2}{\delta^2} 的每一步几何代数变换?
2
当想要检测的提升幅度 δ\delta 缩小一半(例如从 2%2\% 缩小到 1%1\%)时,为什么所需样本量不是翻倍,而是剧增为原来的 4 倍(平方反比律)?
3
不平衡分流 (Unequal Traffic Allocation: 如 90% 对照 vs 10% 实验): 如何使用调和平均数公式计算等效有效样本量 neff=2nTnCnT+nCn_{\text{eff}} = \frac{2 n_T n_C}{n_T + n_C}
4
实验运行周期计算:为什么 A/B 测试通常必须跑满至少 1 到 2 个完整周(7~14 天),以消除“周内效应 (Day-of-Week Seasonality)”?
5
长尾高方差指标(如用户消费金额 Revenue / GMV)的样本量爆炸问题:如何通过对数变换、极端值截断 (Winsorization) 或 CUPED 压缩方差?
更新于 2026-08-14
🎯
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