平均值、方差、标准差
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平均方差是标准偏差。
而方差和标准差都是一组(一维)数据的统计,反映的是一维数组的离散程度;协方差是对二维数据进行的,反映的是两组数据之间的相关性。
与标准差和均值的量纲(单位)一致,标准差比方差更方便描述一个波动范围。
方差可以看作是协方差的一个特例,即两组数据是相同的。
协方差只表示线性相关的方向,取值范围从正无穷大到负无穷大。
一、均方差公式均值方差的公式为:s=((x1-x的平均值)2(x2-x的平均值)2(x3-x的平均值)^2 ……(xn-x的xn-x平均值)2)/n的算术平方根,其中xn表示第n个元素。
均值方差,又称标准差,是指偏离均方的算术平均值的算术平方根。
均方差的定义均值方差,也称为标准差或标准差,是偏离均方的算术平均值的算术平方根。
均方差是概率统计中最常用的统计分布的度量基础。
标准差可以反映数据集的离散程度。
均值相同的两组数据的标准差可能不一样。
均方差反映了群体内个体间的分散程度。
原则上,测量分布程度的结果具有两个性质:1 .它是非负值,与测量数据具有相同的单位。
2.总量或随机变量的标准偏差与样本子集的标准偏差之间存在差异。
二、均方差怎么计算计算均方差,要看样本量是等概率还是概率。
如果没有概率,直接计算离差平方=(样本量-平均值),然后对样本量离差平方求和,除以(样本数-1),再开根号,就是标准差。
如果有概率,计算总数时只需要考虑加权平均,不用除以数-1,直接开根号即可。
三、什么是最小均方差准则最小均方误差准则是最小均方误差准则,即选取一组时域采样值,采用最小均方误差算法使均方误差最小,从而达到更优设计。
这种方法着眼于整个频率范围内总误差的全局最小,但不能保证局部频点的性能,有些频点可能会有较大的误差。
方差标准差标准离差率
方差是一组数据的离散程度的度量,用来衡量数据与其平均值之间的差异程度。
标准差是方差的平方根,它表示数据的离散程度。
标准离差率是指标准差与平均值的比值,用来衡量数据的离散程度与平均值之间的关系。
它可以表示为标准差除以平均值的绝对值。
标准离差率越大,表示数据的离散程度越大。
方差的计算公式为:
方差 = [(x1-平均值)^2 + (x2-平均值)^2 + ... + (xn-平均值)^2] / n
标准差的计算公式为:
标准差= √方差
标准离差率的计算公式为:
标准离差率 = 标准差 / 平均值。
平均值(Mean)、方差(Variance)、标准差(Standard Deviation) 对于一维数据的分析,最常见的就是计算平均值(Mean)、方差(Variance)和标准差(Standard Deviation)。
平均值平均值的概念很简单:所有数据之和除以数据点的个数,以此表示数据集的平均大小;其数学定义为:以下面10个点的CPU使用率数据为例,其平均值为。
14 31 16 19 26 14 14 14 11 13方差、标准差方差这一概念的目的是为了表示数据集中数据点的离散程度;其数学定义为:标准差与方差一样,表示的也是数据点的离散程度;其在数学上定义为方差的平方根:为什么使用标准差与方差相比,使用标准差来表示数据点的离散程度有3个好处:表示离散程度的数字与样本数据点的数量级一致,更适合对数据样本形成感性认知。
依然以上述10个点的CPU使用率数据为例,其方差约为41,而标准差则为;两者相比较,标准差更适合人理解。
表示离散程度的数字单位与样本数据的单位一致,更方便做后续的分析运算。
在样本数据大致符合正态分布的情况下,标准差具有方便估算的特性:%的数据点落在平均值前后1个标准差的范围内、95%的数据点落在平均值前后2个标准差的范围内,而99%的数据点将会落在平均值前后3个标准差的范围内。
贝赛尔修正在上面的方差公式和标准差公式中,存在一个值为N的分母,其作用为将计算得到的累积偏差进行平均,从而消除数据集大小对计算数据离散程度所产生的影响。
不过,使用N 所计算得到的方差及标准差只能用来表示该数据集本身(population)的离散程度;如果数据集是某个更大的研究对象的样本(sample),那么在计算该研究对象的离散程度时,就需要对上述方差公式和标准差公式进行贝塞尔修正,将N替换为N-1:经过贝塞尔修正后的方差公式:经过贝塞尔修正后的标准差公式:公式的选择是否使用贝塞尔修正,是由数据集的性质来决定的:如果只想计算数据集本身的离散程度(population),那么就使用未经修正的公式;如果数据集是一个样本(sample),而想要计算的则是样本所表达对象的离散程度,那么就使用贝塞尔修正后的公式。
平均数、中位数和众数的知识归纳与梳理:(一)平均数:一组数据的总和除以这组数据个数所得到的商叫这组数据的平均数。
即x=(x1+x2+……+xn)÷n中位数:将一组数据按大小顺序排列,处在最中间位置的一个数或最中间的两个数的平均数叫做这组数据的中位数。
众数:在一组数据中出现次数最多的数叫做这组数据的众数。
平均数:一组数据的平均值平均水平平均数是描述一组数据的一种常用指标,反映了这组数据中各数据的平均大小。
平均数的大小与一组数据里的每个数据都有关系,其中任何数据的变动都会引起平均数的相应变动平均数一般的计算方法为:用一组数据的总和除以这组数据的个数.平均数的优点。
反映一组数的总体情况比中位数、众数更为可靠、稳定.平均数的缺点。
平均数需要整批数据中的每一个数据都加人计算,因此,在数据有个别缺失的情况下,则无法准确计算,计算的工作量也较大。
平均数易受极端数据的影响,从而使人对平均数产生怀疑。
中位数:在有序排列的一组数据中最居中的那个数据中等水平中位数是描述数据的另一种指标,如果将一组数按从小到大排列那么中位数的左边和右边恰有一样多的数据。
中位数仅与数据的大小排列位置有关,某些数据的变动对它的中位数没有影响.中位数是将数据按大小顺序依次排列(相等的数也要全部参加排序)后“找”到的.当数据的个数是奇数时,中位数就是最中间的那个数据;当数据的个数是偶数时,就取最中间的两个数据的平均数作为中位数.中位数的优点。
简单明了,很少受一组数据的极端值的影响。
中位数的缺点。
中位数不受其数据分布两端数据的影响,因此中位数缺乏灵敏性,不能充分利用所有数据的信息。
当观测数据已经分组或靠近中位数附近有重复数据出现时,则难以用简单的方法确定中位数。
众数一组数据中出现次数最多的那个数据。
集中趋势众数告诉我们,这个值出现次数最多,一组数据可以有不止一个众数,也可以没有众数。
众数着眼于对各数据出现的频数的考查,其大小只与这组数据中的部分数据有关.一组数据中的众数不止一个.当一组数据中有相同数据多次出现时,其众数往往是我们关心的.众数的优点比较容易了解一组数据的大致情况,不受极端数据的影响,并且求法简便。
平均值方差标准差平均值、方差和标准差是统计学中常用的三个重要概念,它们分别用来描述数据的集中趋势和离散程度。
在实际应用中,平均值、方差和标准差经常被用来分析数据的特征,从而帮助我们更好地理解数据的分布规律和特点。
本文将对平均值、方差和标准差进行详细介绍,并且说明它们之间的关系和应用。
平均值是一组数据中所有数据值的总和除以数据的个数。
它是描述数据集中趋势的最基本统计量之一,通常用符号“μ”表示。
计算平均值的公式为,μ = (x1 + x2 + ... + xn) / n,其中x1, x2, ..., xn为数据值,n为数据的个数。
平均值可以直观地反映出数据的集中趋势,对于对称分布的数据来说,平均值是一个很好的代表。
然而,对于存在极端值或者偏态分布的数据来说,平均值可能并不是一个很好的描述统计量。
方差是一组数据与其平均值之差的平方和的平均值,它用来描述数据的离散程度。
方差的计算公式为,σ² = Σ(xi μ)² / n,其中xi为数据值,μ为平均值,n为数据的个数。
方差的单位是数据值的平方,所以在实际应用中,通常会使用标准差来度量数据的离散程度。
方差的大小反映了数据的离散程度,方差越大表示数据的离散程度越高,反之则数据的离散程度越低。
标准差是方差的平方根,它用来度量数据的离散程度。
标准差的计算公式为,σ = √(Σ(xi μ)² / n),其中xi为数据值,μ为平均值,n为数据的个数。
标准差与方差一样,可以反映数据的离散程度,但是由于标准差的单位与数据值一致,因此更容易理解和解释。
在实际应用中,标准差经常被用来度量数据的波动性,例如股票收益率的标准差可以用来衡量投资风险的大小。
平均值、方差和标准差之间存在着密切的关系。
平均值是数据的集中趋势的度量,方差和标准差则是数据的离散程度的度量。
在统计学中,方差和标准差是用来衡量数据的离散程度的重要指标,它们可以帮助我们更好地理解数据的分布规律和特点。
标准差方差平均值标准差、方差和平均值是统计学中常用的三个概念,它们在描述和分析数据分布特征时起着重要的作用。
在实际应用中,我们经常会用到这些概念来衡量数据的离散程度、波动程度和集中趋势。
本文将分别对标准差、方差和平均值进行详细介绍,并说明它们在统计学和实际生活中的重要性。
首先,我们来介绍标准差。
标准差是一组数据离散程度的度量,它衡量的是数据点相对于平均值的离散程度。
标准差越大,数据点相对于平均值的离散程度就越大,反之亦然。
标准差的计算公式为,标准差=√(∑(Xi-μ)²/n),其中Xi代表每个数据点,μ代表平均值,n代表数据的个数。
标准差的大小可以直观地反映数据的波动程度,对于分析数据的稳定性和可靠性具有重要意义。
其次,我们来介绍方差。
方差也是衡量数据离散程度的指标,它是各个数据与其平均数之差的平方的平均数。
方差的计算公式为,方差=∑(Xi-μ)²/n,其中Xi 代表每个数据点,μ代表平均值,n代表数据的个数。
方差的大小直接反映了数据的波动程度,它是标准差的平方。
在实际应用中,方差常常用来衡量数据的稳定性和可靠性,对于比较不同数据集的波动程度具有重要意义。
最后,我们来介绍平均值。
平均值是一组数据集中趋势的度量,它是所有数据之和除以数据的个数。
平均值可以直观地反映数据的集中趋势,对于比较不同数据集的中心位置具有重要意义。
在实际应用中,平均值常常用来代表一组数据的集中位置,是统计分析中最基本的指标之一。
综上所述,标准差、方差和平均值是统计学中常用的三个概念,它们分别衡量了数据的离散程度、波动程度和集中趋势。
在实际应用中,我们经常会用到这些概念来分析数据的特征和规律,从而做出合理的决策。
因此,深入理解和熟练运用标准差、方差和平均值是统计学学习的重要内容,也是我们在实际工作和生活中需要掌握的基本技能。
希望本文对读者对这三个概念有更深入的理解和应用提供帮助。
方差与标准差的区别方差与标准差是统计学中常用的两个概念,用于衡量数据的离散程度。
虽然它们都可以用来描述数据的变异程度,但在计算方法和解释上有一些不同之处。
方差(Variance)是指数据集中各个数据与其平均值之差的平方的平均值。
它的计算公式为:方差= Σ(Xi - X平均)^2 / N其中,Xi表示数据集中的每个数据,X平均表示数据集的平均值,N表示数据集中的数据个数。
方差的计算过程中,首先计算每个数据与平均值的差值,然后将差值平方,最后求平均值。
方差的单位是数据的平方,因此无法直观地解释数据的变异程度。
标准差(Standard Deviation)是方差的平方根,它的计算公式为:标准差= √方差标准差的计算过程中,先计算方差,然后对方差进行开方。
标准差的单位与原始数据的单位相同,因此可以直观地解释数据的变异程度。
方差和标准差都可以用来衡量数据的离散程度,数值越大表示数据的离散程度越大,数值越小表示数据的离散程度越小。
然而,由于方差是平方的平均值,所以它对异常值更为敏感。
如果数据集中存在离群值或异常值,方差会被拉大,导致对数据的变异程度估计不准确。
而标准差通过对方差进行开方,可以消除方差的平方效应,使得对数据的变异程度估计更加稳定。
在实际应用中,方差和标准差经常被用来比较不同数据集之间的离散程度。
如果两个数据集的方差或标准差相差较大,说明它们的数据分布差异较大;如果两个数据集的方差或标准差相差较小,说明它们的数据分布相似。
总之,方差和标准差都是用来衡量数据的离散程度的统计指标,但在计算方法和解释上有所不同。
方差是数据与平均值之差的平方的平均值,标准差是方差的平方根。
标准差相对于方差更加稳定,对异常值的影响较小。
在实际应用中,可以根据具体情况选择使用方差或标准差来描述数据的变异程度。
统计学方差与标准差公式整理统计学方差和标准差是在数据分析中广泛使用的重要指标,用于度量数据集的离散程度。
本文将整理和介绍统计学方差和标准差的计算公式,并通过实例进行说明。
1. 方差公式方差是衡量数据集离散程度的指标,用于表示数据与其平均值之间的差异程度。
统计学方差的计算公式如下:方差= (∑(xi-平均值)²) / n其中,xi代表数据集中的每个数据点,平均值表示数据集的平均值,n代表数据集中的数据点个数。
下面通过一个实例来计算方差:假设有一组数据:[5, 7, 9, 11, 13],我们先计算平均值:平均值 = (5 + 7 + 9 + 11 + 13) / 5 = 9接下来,带入方差公式进行计算:方差 = ((5-9)² + (7-9)² + (9-9)² + (11-9)² + (13-9)²) / 5= (16 + 4 + 0 + 4 + 16) / 5= 40 / 5= 8因此,该数据集的方差为8。
2. 标准差公式标准差是方差的平方根,用于度量数据集的离散程度。
统计学标准差的计算公式如下:标准差= √方差继续以上述数据集为例,计算标准差:标准差= √8 ≈ 2.83因此,该数据集的标准差为约2.83。
3. 方差与标准差的应用方差和标准差在实际应用中有广泛的用途。
它们可以用于:3.1 确定数据集的离散程度:方差和标准差能够帮助我们判断数据集中的数据点与平均值之间的差异程度,从而了解数据的离散程度。
3.2 对比不同数据集的离散程度:通过对比不同数据集的方差和标准差,我们可以判断不同数据集的离散程度,进而进行数据分析和决策。
3.3 进行假设检验:在统计推断中,方差和标准差可以用于进行假设检验,判断样本数据是否具有统计学上的显著性。
3.4 风险管理:在金融领域,方差和标准差被广泛应用于风险管理,用于衡量投资组合的风险水平。
总结:本文介绍了统计学方差和标准差的计算公式,并通过实例进行了说明。
平均数、众数、中位数、极差、方差、标准差说明6个基本统计量(平均数、众数、中位数、极差、方差、标准差)的内涵,学生学习过程中可能产生的困难及主要原因、应对策略.首先,结合简单实例认真把握这6个基本统计量的内涵。
一、平均数、众数、中位数是刻画一组数据的“平均水平”的数据代表。
(八上《第八章数据的代表》)平均数分算术平均数和加权平均数,算术平均数是指n个数据的和的平均值,学生理解与计算都不成问题,只要注意细心运算就是其中的取标准值后的简便算法也都是在小学早已熟练的(公式:x=1/n(x1+x2+x3+……+xn);而加权平均数是一组数据里的各个数据乘各自的“权”之后的平均数。
此处理解“权”的概念可能产生很大困难,因为“权”的理解的确不易,若是照搬教材直接给出其定义,学生会迷惑成团,再进行应用更是不可思议。
所以应对措施:讲好、用好加权平均数就要先举例、后分析、再给出定义,比如:某同学的一次考试各科成绩如下:语文110、数学105、英语106、物理95、化学90、政治86、历史98、地理66、生物89,你可以先让学生算算各科的平均数,再按中考计分法将语、数、英各取120%,物、化、政各取100%,史、地、生各取40%后的平均值算出,两个结果一比较,学生就会很容易发现不同的原因是加入了所谓的“权”,这样,不仅通俗易懂,而且对“权”内涵的理解和应用就不再困难。
众数是一组数据中出现次数最多的数。
其内涵很好理解和掌握,就是结合实际应用也顺理成章,如商店老板进货号多大的男鞋好?那当然是“众数”(调查数据最多的号)所代表的。
中位数顾名思义是一组数据中间位置的数,但考虑一组数可能有偶数个或奇数个,所以要注意强调取中位数的方法。
教材上给出的内涵很好:一般地,n个数据按大小顺序排列,处于最中间位置的一个数据(或最中间两个数据的平均数)叫做这组数据的中位数。
如一组数据1.5,1.5,1.6,1.65,1.7,1.7,1.75,1.8的中位数是1/2(1.65+1.7),即1.675。
初中数学知识归纳方差与标准差的概念和计算方差与标准差是初中数学中重要的统计学概念。
它们代表了一组数据的离散程度,对于分析和比较数据的差异非常有用。
本文将详细介绍方差与标准差的概念,并给出计算方法和实际应用示例。
一、方差的概念和计算方法方差是一组数据平均值与各个数据之间差异的平方的平均值。
它可以衡量数据的离散程度。
方差的计算公式如下:方差= (∑(xi-平均值)²)/n其中,xi代表数据中的每一个数值,平均值是数据的平均值,n是数据的个数。
用具体的例子来说明方差的计算过程。
假设我们有一组数列:2, 4, 6, 8, 10。
首先计算平均值,(2+4+6+8+10)/5 = 6。
然后依次计算每个数据与平均值之差的平方,并求和:((2-6)²+(4-6)²+(6-6)²+(8-6)²+(10-6)²)/5 = 8。
所以这组数列的方差为8。
方差的计算过程可能比较繁琐,为了简化计算,我们引入了标准差的概念。
二、标准差的概念和计算方法标准差是方差的平方根,它与方差一样,用来衡量数据的离散程度。
标准差的计算公式如下:标准差= √方差标准差的计算方法更加简单直观,它可以直接反映出数据集合的波动情况。
在前面的例子中,这组数据的标准差为√8,约等于2.83。
三、方差和标准差的应用举例方差和标准差在实际问题中有广泛的应用。
以下是一些具体的应用示例:1. 统计学研究:方差和标准差常用于统计学的研究中,可以帮助研究人员了解数据的分布情况、比较不同数据集的离散程度等。
2. 财务分析:方差和标准差可以用于财务分析中,帮助分析师评估不同投资组合的风险程度。
标准差越大,数据集合的波动性越高,风险也就越大。
3. 质量控制:在生产过程中,方差和标准差可以用来衡量产品质量的稳定性。
如果方差或标准差较大,说明产品质量波动较大,需进一步调整生产过程。
4. 教育评估:方差和标准差可以用于教育评估中,帮助评估学生的成绩分布情况、班级或学校的教学水平等。
对总分进行平均值和方差的分类汇总在统计学中,平均值和方差是常用的统计量,用于描述数据的集中趋势和离散程度。
平均值代表了一组数据的中心位置,方差则衡量了数据分布的离散程度。
我们来看平均值。
平均值是指一组数据中所有数值的总和除以数据个数。
它可以用来表示数据的典型值或中心位置。
计算平均值的公式为:平均值 = 总和 / 数据个数。
例如,如果有一组数据为5, 8, 9, 12, 15,那么它们的平均值为(5+8+9+12+15)/ 5 = 9.8。
平均值可以帮助我们了解数据的集中趋势,对于大量数据的分析非常有用。
然而,仅仅知道平均值并不能完全描述数据的分布情况。
这时候就需要引入方差。
方差是一组数据与其平均值之差的平方的平均值。
它可以用来衡量数据的离散程度或变异程度。
计算方差的公式为:方差= ∑(数据-平均值)² / 数据个数。
例如,对于上述的数据集,我们可以计算出平均值为9.8,然后计算每个数据与平均值的差的平方,并求和,最后再除以数据个数。
计算出的方差为7.36。
方差越大,表示数据的离散程度越大,反之亦然。
除了方差,我们还可以使用标准差来衡量数据的离散程度。
标准差是方差的平方根,它与方差具有相同的单位。
标准差的计算公式为:标准差= √方差。
对于上述的数据集,标准差为√7.36 = 2.71。
标准差越大,表示数据的离散程度越大。
平均值和方差在数据分析中起着重要的作用。
平均值可以帮助我们了解数据的集中趋势,方差可以帮助我们了解数据的离散程度。
通过这两个统计量,我们可以更好地理解和解释数据的特征。
当我们对不同组的数据进行比较时,平均值和方差也能够提供有用的信息。
通过比较两组数据的平均值,我们可以判断它们之间是否存在显著差异。
同时,通过比较两组数据的方差,我们可以判断它们的离散程度是否相似。
这些比较可以帮助我们进行假设检验或推断统计。
平均值和方差是统计学中常用的两个统计量,用于描述数据的集中趋势和离散程度。
统计学里的方差标准差
在统计学中,方差和标准差是两个常用的描述统计量,用于衡量数据的离散程度。
方差是指一组数据与其均值之间差异的平方和的平均值,表示数据的离散程度。
计算方差的公式如下:
方差 = Σ(xi - x̄)² / n
xi是数据点的值,x̄是数据的均值,n是数据点的总数。
标准差是方差的平方根,用于表示数据的离散程度。
计算标准差的公式如下:
标准差= √方差
方差和标准差都是衡量数据集中趋势和分布的重要统计指标。
它们越大,代表数据的波动越大,反之则表示数据更加集中。
数据的方差与标准差计算在统计学中,方差和标准差是描述数据集中离散程度或变异程度的重要指标。
方差衡量数据与其平均值之间的差异程度,而标准差是方差的平方根。
本文将详细解释如何计算数据的方差和标准差,并给出示例演示。
1. 数据的方差计算方差通过测量每个数据点与数据集平均值之间的差异程度来评估数据的离散程度。
下面是计算数据方差的步骤:步骤1:计算平均值。
首先,求出数据集的平均值。
将所有数据值相加,然后除以数据的总数。
步骤2:计算差异程度。
对于每个数据值,将其与平均值相减,得到差异程度。
步骤3:计算差异程度的平方。
将所有差异程度的值平方。
步骤4:计算方差。
将差异程度的平方值相加,并除以数据的总数。
例如,我们有以下数据集:2, 4, 6, 8, 10。
步骤1:计算平均值。
(2 + 4 + 6 + 8 + 10) / 5 = 30 / 5 = 6。
步骤2:计算差异程度。
(2-6)^2 = 16, (4-6)^2 = 4, (6-6)^2 = 0, (8-6)^2 = 4, (10-6)^2 = 16。
步骤3:计算差异程度的平方。
16, 4, 0, 4, 16。
步骤4:计算方差。
(16 + 4 + 0 + 4 + 16) / 5 = 40 / 5 = 8。
因此,这个数据集的方差是8。
2. 数据的标准差计算标准差是方差的平方根。
它衡量数据的离散程度,并提供一个反映数据集中数据值分散情况的指标。
下面是计算数据标准差的步骤:步骤1:计算方差。
首先,按照上述方法计算出数据集的方差。
步骤2:计算标准差。
将方差的值开方。
以前述数据集为例,方差为8。
步骤1:已知方差为8。
步骤2:计算标准差。
√8 ≈ 2.83。
因此,这个数据集的标准差约为2.83。
方差和标准差的计算提供了关于数据集离散程度的有用信息。
当方差和标准差的值较大时,说明数据点相对平均值存在较大的差异,反之则说明数据点更接近平均值。
除了以上的数值计算方法外,还有许多其他方法和公式可以用于计算方差和标准差,例如修正的方差方法,适用于样本数据。
方差、极差和标准差都是度量数据分布离散程度或波动性的统计指标。
它们各自的计
算和含义略有不同,以下是对这三个指标的详细说明:
1. 方差(Variance):方差表示各数据与其平均值之差的平方的平均值。
它反映了数
据的离散程度,值越大,说明数据波动性越大。
计算公式为:σ^2 = (Σ(x\_i - μ)^2) / N。
其中,σ^2 是总体方差,x\_i 是数据,μ 表示数据集的平均值,N 是数据个数。
2. 极差(Range):极差表示数据集最大值和最小值之间的差距。
它描述的是数据的
分布范围,但受最大值和最小值的影响较大,对于数据集中的集中趋势敏感度较低。
计算公式为:R = Max(X) - Min(X)。
其中,R 是极差,Max(X) 表示数据集中的最大值,Min(X) 表示数据集中的最小值。
3. 标准差(Standard Deviation):标准差是方差的平方根,用于衡量数据的离散程度。
它是一种常用的数据分布稳定性和可预测性的指标。
与方差相比,标准差的量纲与原
始数据相同,因此更容易理解和比较。
计算公式为:σ = √((Σ(x\_i - μ)^2) / N)。
其中,σ 是总体标准差,x\_i 是数据,μ 表示数据集的平均值,N 是数据个数。
在实际数据分析中,可以根据需求选择合适的离散程度指标。
通常情况下,标准差是
最广泛使用的指标,因为它能更直观地反映数据的波动性和集中趋势。
然而,在某些
特定场景下,如对数据极值较关心的情况,极差也是一个有用的考量。
方差标准差的计算公式
方差和标准差是统计学中常用的两个概念,它们可以帮助我们了解数据的离散程度。
方差是指数据与其平均值之间的差距的平方平均值,而标准差则是方差的平方根。
计算方差的公式如下:
方差 = Σ(xi- x)² / n
其中,xi表示第i个数据点,x表示所有数据的平均值,n表示数据点的个数。
计算标准差的公式如下:
标准差 = √(Σ(xi- x)² / n)
与方差公式相同,其中√表示平方根。
需要注意的是,方差和标准差的计算需要先求出数据的平均值。
当数据分布较为均匀时,方差和标准差的值较小;而当数据分布较为分散时,方差和标准差的值较大。
在统计学中,方差和标准差经常被用来描述数据的变异程度,从而帮助我们更好地理解数据。
掌握方差和标准差的计算方法可以帮助我们更加深入地理解统计学的相关概念和应用。
平均值(Mean)、方差(Variance)、标准差(Standard Deviation) 对于一维数据的分析,最常见的就是计算平均值(Mean)、方差(Variance)和标准差(Standard Deviation)。
平均值
平均值的概念很简单:所有数据之和除以数据点的个数,以此表示数据集的平均大小;其数学定义为:
以下面10个点的CPU使用率数据为例,其平均值为。
14 31 16 19 26 14 14 14 11 13
方差、标准差
方差这一概念的目的是为了表示数据集中数据点的离散程度;其数学定义为:
标准差与方差一样,表示的也是数据点的离散程度;其在数学上定义为方差的平方根:
为什么使用标准差?
与方差相比,使用标准差来表示数据点的离散程度有3个好处:
表示离散程度的数字与样本数据点的数量级一致,更适合对数据样本形成感性认知。
依然以上述10个点的CPU使用率数据为例,其方差约为41,而标准差则为;两者相比较,标准差更适合人理解。
表示离散程度的数字单位与样本数据的单位一致,更方便做后续的分析运算。
在样本数据大致符合正态分布的情况下,标准差具有方便估算的特性:%的数据点落在平均值前后1个标准差的范围内、95%的数据点落在平均值前后2个标准差的范围内,而99%的数据点将会落在平均值前后3个标准差的范围内。
贝赛尔修正
在上面的方差公式和标准差公式中,存在一个值为N的分母,其作用为将计算得到的累积偏差进行平均,从而消除数据集大小对计算数据离散程度所产生的影响。
不过,使用N 所计算得到的方差及标准差只能用来表示该数据集本身(population)的离散程度;如果数据集是某个更大的研究对象的样本(sample),那么在计算该研究对象的离散程度时,就需要对上述方差公式和标准差公式进行贝塞尔修正,将N替换为N-1:
经过贝塞尔修正后的方差公式:
经过贝塞尔修正后的标准差公式:
公式的选择
是否使用贝塞尔修正,是由数据集的性质来决定的:如果只想计算数据集本身的离散程度(population),那么就使用未经修正的公式;如果数据集是一个样本(sample),而想要计算的则是样本所表达对象的离散程度,那么就使用贝塞尔修正后的公式。
在特殊情况下,如果该数据集相较总体而言是一个极大的样本 (比如一分钟内采集了十万次的IO数据) ——在这种情况下,该样本数据集不可能错过任何的异常值(outlier),此时可以使用未经修正的公式来计算总体数据的离散程度。
R中平均值、方差与标准差的计算
在R中,平均值是通过mean()函数来计算的:
x <- c(14, 31, 16, 19, 26, 14, 14, 14, 11, 13)
mean(x)
方差则通过var()函数来计算:
x <- c(14, 31, 16, 19, 26, 14, 14, 14, 11, 13)
var(x)
标准差则通过sd()函数来计算:
x <- c(14, 31, 16, 19, 26, 14, 14, 14, 11, 13)
sd(x)
值得一提的是,R中所计算的方差和标准差是经过贝塞尔修正的;如果需要计算未经修正的结果,可以在R的计算结果上乘以(N-1)/N。
平均值与标准差的适用范围及误用
大多数统计学指标都有其适用范围,平均值、方差和标准差也不例外,其适用的数据集必须满足以下条件:中部单峰:
数据集只存在一个峰值。
很简单,以假想的CPU使用率数据为例,如果50%的数据点位于20附近,另外50%的数据点位于80附近(两个峰),那么计算得到的平均值约为50,而标准差约为31;这两个计算结果完全无法描述数据点的特征,反而具有误导性。
这个峰值必须大致位于数据集中部。
还是以假想的CPU数据为例,如果80%的数据点位于20附近,剩下的20%数据随机分布于30~90之间,那么计算得到的平均值约为35,而标准差约为25;与之前一样,这两个计算结果不仅无法描述数据特征,反而会造成误导。
遗憾的是,在现实生活中,很多数据分布并不满足上述两个条件;因此,在使用平均值、方差和标准差的时候,必须谨慎小心。
结语
如果数据集仅仅满足一个条件:单峰。
那么,峰值在哪里?峰的宽带是多少?峰两边的数据对称性如何?有没有异常值(outlier)?为了回答这些问题,除了平均值、方差和标准差,需要更合适的工具和分析指标,而这,就是中位数、均方根、百分位数和四分差的意义所在。