數據分析--數字找朋友

從前有一個數字王國,裏面的數字們喜歡在一起玩,不過它們有點挑剔,總是想跟與自己接近的數字玩,他們覺得其他都是遠房親戚,不親。我們怎麼幫助它們找到合適的一組數字呢?

均值

平均數是統計中的一個重要概念。通常用來表示一組統計對象的集中趨勢。

平均數裏面最常用的是算術平均數(或稱均值)。它是一組數字的和除以數字的個數。

在均值用於表示統計對象的一般水平,它是描述數據集中程度的一個統計量。我們既可以用它來反映一組數據的一般情況,也可以用它進行不同組數據的比較,以看出組與組之間的差別。

例如數字20會跟下面兩組數字哪一組玩呢?

A 19 23 19 21 23 20 21 20 18 22
B 43 45 36 45 38 36 39 38 39 41

通過計算均值,A組的均值爲20.6,B組的均值爲40,所以數字20去和A組玩。

爲什麼要用一個均值這樣的叫法,爲什麼不能直接叫平均數呢?

因爲平均數有好多種:

  • 算術平均數:n個數據相加後除以n。就是這裏的均值。
  • 幾何平均數:n個數據相乘後開n次方。
  • 調和平均數:n個數據的倒數取算術平均,再取倒數。
  • 平方平均數(也稱“均方根”):n個數據的平方取算數平均,再開根號。
  • 移動平均數
  • 算術-幾何平均數
  • 幾何-調和平均數
  • 。。。。。。

STOP!好吧,我們就用均值。。

數字20又來找人玩,這次的數據組是它們,均值是20,好像沒什麼問題,但是20好像並不開心:

C 5 2 5 5 5 3 6 2 84 83

這是怎麼一回事?!

中位數

中位數是另一個表示集中趨勢的一個值,中位數不是所有數字計算得出,而是把所有的數按照大小的順序排列。如果數據的個數是奇數,則中間那個數據就是這組數據的中位數;如果數據的個數是偶數,則中間那2個數據的平均值就是這組數據的中位數。

所以上面的這組數字,應該用中位數來描述。

將所有數字從小到大排列後:

C 2 2 3 5 5 5 5 6 83 84

中位數爲第5和第6個數的平均值,也就是5,說明C組集中在了數字5的周圍,所以數字20不喜歡和它們一起玩。在這裏,83,84偏離了整體,是異常值。

那就換一組數字吧,這次的數據組是它們,均值是20,中位數也是20,這次沒什麼問題了吧?

D 3 5 5 5 6 34 34 36 36 36

衆數

衆數指一組數據中出現次數最多的數據值。例如在(2,3,3,3)中,出現最多的是3,因此衆數是3,衆數可能是一個數,但也可能是多個數。用衆數代表一組數據,適合於數據量較多時使用,且衆數不受異常值的影響。

D組中出現次數最多的數字是5和36,表示數字分成了兩堆接近的數,還是沒有和數字20接近的,數字20也不喜歡和它們玩。

數字20受夠了!它要求再找些靠譜的參考標準,好吧,下面是一些參考:

全距

全距又稱極差,用來表示一組數據中最大值與最小值之間的差額,即最大值減最小值後所得數值。全距爲離散程度的最簡單測度值,比較容易受到異常值影響。

上面的四組數據的全距爲:

A B C D
全距 5 9 82 33

對於數字20來說,如果全距太大,就有可能是個坑。不過光看全距說明不了更多問題,還要進一步來看。

百分位數

百分位數是將一組數據從小到大排序,並計算相應的累計百分位,則某一百分位所對應數據的值就稱爲這一百分位的百分位數。

上面四組數據的10%百分位數和90%百分位數分別爲:

百分位數 A B C D
10% 18.9 36 2 4.8
90% 23 45 83.1 36

百分位數對於數字20來說,是一個很好的參考,可以知道和他大小相仿的數字都集中在什麼區域。但是這麼多百分位數,選哪個好呢?

四分位數

四分位數可以理解爲是特定的幾個百分位數:25%,50%和75%。將一組數據從小到大排列後:

第一四分位數等於第25%的數字,也叫下四分位數;

第二四分位數等於第50%的數字,也就是中位數;

第三四分位數等於第75%的數字,也叫上四分位數;

第三四分位數與第一四分位數的差距又稱四分位距。

四分位距提供了一個簡單的判斷數字分散程度的指標,對於數字20來說,可以有效的避免使用百分位數時的選擇困難症。

上面四組數據的四分位數以及四分位距爲:

四分位數 A B C D
下四分位數 19.25 38 3.5 5
上四分位數 21.75 42.5 5.75 35.5
四分位距 2.5 4.5 2.25 30.5

這樣看來C組似乎比A組還要好,還有沒有更靠譜一些的指標?

方差

方差用來描述一組數的離散程度,它將各個數和均值的差算一下平方,相加之後再除以總數,這樣就可以算出各個數據分散的程度。

上面四組數據的方差爲:

A B C D
方差 2.64 10.2 1009.8 232

C組和D組一下子就被排除了,偏離了太多。方差更好,不過由於平方了一下,如果想要更直觀的表示和均值的距離的話,就要用到下面的標準差:

標準差

標準差是方差開平方,反映這組數字的離散程度。

標準差越大,代表大部分的數值和其平均值之間差異較大;標準差越小,代表這些數值較接近平均值。

上面四組數據的標準差爲:(保留兩位小數)

A B C D
標準差 1.62 3.19 31.78 15.23

標準差說明A組數據,平均和均值之間平均差距爲1.62,大家都很接近,選這一組就沒錯了。

該用哪一個?

數字20:你一開始告訴我標準差不就好了?繞這麼多彎子幹什麼?

上面的每一種值都有各自的適用場合,要根據關注的目標,使用合適的值進行描述,纔是最合理的,沒有唯一一個最好的衡量值。例如上面四組數據,如果只看標準差,能說明數字比較靠近,但並不能表明這一組數字靠近誰,還需要結合均值來一起考慮。

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