กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

ค่าเบี่ยงเบน (สถิติ)

ในคณิตศาสตร์และสถิติค่าเบี่ยงเบนทำหน้าที่เป็นมาตรวัดเพื่อหาปริมาณความแตกต่างระหว่างค่าที่สังเกตได้ของตัวแปรกับค่าที่กำหนดไว้อีกค่าหนึ่ง ซึ่งมักจะเป็นค่าเฉลี่ยของตัวแปรนั้น...

ค่าเบี่ยงเบน (สถิติ)

กราฟแสดงค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของการแจกแจงแบบสุ่ม

ในคณิตศาสตร์และสถิติค่าเบี่ยงเบนทำหน้าที่เป็นมาตรวัดเพื่อหาปริมาณความแตกต่างระหว่างค่าที่สังเกตได้ของตัวแปรกับค่าที่กำหนดไว้อีกค่าหนึ่ง ซึ่งมักจะเป็นค่าเฉลี่ยของตัวแปรนั้น ค่าเบี่ยงเบนเมื่อเทียบกับค่าเฉลี่ยของตัวอย่างและ ค่า เฉลี่ยของประชากร (หรือ " ค่าจริง ") เรียกว่าข้อผิดพลาดและค่าตกค้างตามลำดับเครื่องหมายของค่าเบี่ยงเบนจะรายงานทิศทางของความแตกต่างนั้น: ค่าเบี่ยงเบนจะเป็นบวกเมื่อค่าที่สังเกตได้เกินกว่าค่าอ้างอิงค่าสัมบูรณ์ของค่าเบี่ยงเบนบ่งบอกถึงขนาดหรือขนาดของความแตกต่าง ในตัวอย่าง ที่กำหนด จะมีค่าเบี่ยงเบนมากเท่ากับจำนวนจุดตัวอย่างสถิติสรุปสามารถหาได้จากชุดของค่าเบี่ยงเบน เช่นค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานและ ค่า เบี่ยงเบนสัมบูรณ์เฉลี่ยซึ่งเป็นมาตรวัดการกระจายและค่าเบี่ยงเบนแบบมีเครื่องหมายเฉลี่ยซึ่งเป็นมาตรวัดอคติ[ 1 ]

ค่าเบี่ยงเบนของแต่ละจุดข้อมูลคำนวณได้จากการลบค่าเฉลี่ยของชุดข้อมูลออกจากจุดข้อมูลแต่ละจุด ในทางคณิตศาสตร์ ค่าเบี่ยงเบนdของจุดข้อมูลxในชุดข้อมูลเมื่อเทียบกับค่าเฉลี่ยmจะหาได้จากผลต่าง:

=x{\displaystyle d=xm}

การคำนวณนี้แสดงถึง "ระยะห่าง" ของจุดข้อมูลจากค่าเฉลี่ย และให้ข้อมูลเกี่ยวกับว่าค่าแต่ละค่าแตกต่างจากค่าเฉลี่ยมากน้อยเพียงใด ค่าเบี่ยงเบนที่เป็นบวกบ่งชี้ว่าค่าอยู่เหนือค่าเฉลี่ย ในขณะที่ค่าเบี่ยงเบนที่เป็นลบบ่งชี้ว่าค่าอยู่ต่ำกว่าค่าเฉลี่ย[ 1 ]

ผลรวมของค่าเบี่ยงเบนกำลังสองเป็นองค์ประกอบสำคัญในการคำนวณความแปรปรวนซึ่งเป็นอีกมาตรวัดหนึ่งของการกระจายตัวของชุดข้อมูล ความแปรปรวนคำนวณโดยการหาค่าเฉลี่ยของค่าเบี่ยงเบนกำลังสอง ค่าเบี่ยงเบนเป็นแนวคิดพื้นฐานในการทำความเข้าใจการกระจายตัวและความแปรปรวนของจุดข้อมูลในการวิเคราะห์ทางสถิติ[ 1 ]

ประเภท

ความเบี่ยงเบนซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างค่าที่สังเกตได้กับค่าที่แท้จริงของปริมาณที่สนใจ (โดยที่ค่าที่แท้จริงหมายถึงค่าที่คาดหวัง เช่น ค่าเฉลี่ยของประชากร) ถือเป็นข้อผิดพลาด[ 2 ]

การเบี่ยงเบนที่มีเครื่องหมาย

A deviation that is the difference between the observed value and an estimate of the true value (e.g. the sample mean) is a residual. These concepts are applicable for data at the interval and ratio levels of measurement.[3]

Unsigned or absolute deviation

Absolute deviation in statistics is a metric that measures the overall difference between individual data points and a central value, typically the mean or median of a dataset. It is determined by taking the absolute value of the difference between each data point and the central value and then averaging these absolute differences.[4] The formula is expressed as follows: Di=|xim(X)|,{\displaystyle D_{i}=|x_{i}-m(X)|,}where

  • D is the absolute deviation,
  • x is the data element,
  • m(X) is the chosen measure of central tendency of the data set—sometimes the mean (x¯{\displaystyle {\overline {x}}}), but most often the median.

The average absolute deviation (AAD) in statistics is a measure of the dispersion or spread of a set of data points around a central value, usually the mean or median. It is calculated by taking the average of the absolute differences between each data point and the chosen central value. AAD provides a measure of the typical magnitude of deviations from the central value in a dataset, giving insights into the overall variability of the data.[5]

Least absolute deviation (LAD) is a statistical method used in regression analysis to estimate the coefficients of a linear model. Unlike the more common least squares method, which minimizes the sum of squared vertical distances (residuals) between the observed and predicted values, the LAD method minimizes the sum of the absolute vertical distances.

In the context of linear regression, if (x,y), (x,y), ... are the data points, and a and b are the coefficients to be estimated for the linear model

y=ax+b{\displaystyle y=ax+b}

the least absolute deviation estimates (a and b) are obtained by minimizing the sum.

The LAD method is less sensitive to outliers compared to the least squares method, making it a robust regression technique in the presence of skewed or heavy-tailed residual distributions.[6]

Summary statistics

Mean signed deviation

สำหรับตัวประมาณค่าที่ไม่เอนเอียงค่าเฉลี่ยของค่าเบี่ยงเบนที่มีเครื่องหมายทั่วทั้งชุดข้อมูลการสังเกตทั้งหมดจากค่าพารามิเตอร์ประชากรที่ไม่สามารถสังเกตได้ จะมีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์เมื่อพิจารณาจากจำนวนตัวอย่างที่มากเท่าใดก็ได้ อย่างไรก็ตาม โดยหลักการแล้ว ค่าเฉลี่ยของค่าเบี่ยงเบนที่มีเครื่องหมายของค่าจากค่าเฉลี่ยของตัวอย่างจะมีค่าเป็นศูนย์เสมอ แม้ว่าค่าเฉลี่ยของค่าเบี่ยงเบนที่มีเครื่องหมายจากมาตรวัดแนวโน้มศูนย์กลางอื่น เช่น ค่ามัธยฐานของตัวอย่าง อาจไม่จำเป็นต้องเป็นศูนย์ก็ตาม

ค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยแบบมีเครื่องหมาย (Mean Signed Deviation) เป็นมาตรวัดทางสถิติที่ใช้ประเมินค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยของชุดค่าต่างๆ จากจุดศูนย์กลาง ซึ่งโดยปกติคือค่าเฉลี่ย คำนวณโดยการหาค่าเฉลี่ยเลขคณิตของผลต่างที่มีเครื่องหมายระหว่างแต่ละจุดข้อมูลกับค่าเฉลี่ยของชุดข้อมูล

คำว่า "signed" บ่งชี้ว่าค่าเบี่ยงเบนจะถูกพิจารณาพร้อมกับเครื่องหมายที่เกี่ยวข้อง ซึ่งหมายความว่าค่าเบี่ยงเบนนั้นอยู่เหนือหรือต่ำกว่าค่าเฉลี่ย ค่าเบี่ยงเบนที่เป็นบวก (เหนือค่าเฉลี่ย) และค่าเบี่ยงเบนที่เป็นลบ (ต่ำกว่าค่าเฉลี่ย) จะถูกรวมอยู่ในการคำนวณ ค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยแบบมีเครื่องหมายจะให้ค่าที่วัดระยะทางและทิศทางเฉลี่ยของจุดข้อมูลจากค่าเฉลี่ย ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับแนวโน้มโดยรวมและการกระจายของข้อมูล[ 3 ]

การกระจายตัว

สถิติของการกระจายตัวของค่าเบี่ยงเบนถูกนำมาใช้เป็นมาตรวัดการกระจายตัวทางสถิติ

การแจกแจงที่มีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานต่างกัน สะท้อนให้เห็นถึงระดับการกระจายตัวที่แตกต่างกันระหว่างจุดข้อมูล ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานแรกจากค่าเฉลี่ยในการแจกแจงแบบปกติ ครอบคลุมข้อมูลประมาณ 68% ในขณะที่ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานที่สองจากค่าเฉลี่ยในการแจกแจงแบบปกติ ครอบคลุมข้อมูลที่มากกว่า โดยครอบคลุมประมาณ 95% ของข้อมูลทั้งหมด
  • ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานเป็นการวัดการกระจายตัวของชุดข้อมูลที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยจะวัดปริมาณความแปรผันหรือความเบี่ยงเบนเฉลี่ยของจุดข้อมูลแต่ละจุดจากค่าเฉลี่ยของชุดข้อมูล โดยใช้ ค่าเบี่ยงเบน กำลังสองและมีคุณสมบัติที่พึงประสงค์ อย่างไรก็ตาม ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานมีความไวต่อค่าสุดขั้ว ทำให้ ไม่แข็งแกร่ง[ 7 ]
  • ค่าเบี่ยงเบนสัมบูรณ์เฉลี่ยเป็นการวัดการกระจายตัวในชุดข้อมูลที่ได้รับผลกระทบจากค่าสุดขั้วน้อยกว่า คำนวณโดยการหาความแตกต่างสัมบูรณ์ระหว่างจุดข้อมูลแต่ละจุดกับค่าเฉลี่ย รวมความแตกต่างสัมบูรณ์เหล่านี้เข้าด้วยกัน แล้วหารด้วยจำนวนการสังเกต ตัวชี้วัดนี้ให้การประมาณค่าความแปรปรวนที่แม่นยำกว่าเมื่อเทียบกับค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน[ 8 ]
  • ค่าเบี่ยงเบนสัมบูรณ์มัธยฐานเป็นสถิติที่แข็งแกร่งซึ่งใช้ค่ามัธยฐานแทนค่าเฉลี่ยในการวัดการกระจายของชุดข้อมูล คำนวณโดยการหาความแตกต่างสัมบูรณ์ระหว่างจุดข้อมูลแต่ละจุดกับค่ามัธยฐาน จากนั้นคำนวณค่ามัธยฐานของความแตกต่างสัมบูรณ์เหล่านี้ วิธีนี้ทำให้ค่าเบี่ยงเบนสัมบูรณ์มัธยฐานมีความไวต่อค่าผิดปกติลดลง และเป็นทางเลือกที่แข็งแกร่งแทนค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน[ 9 ]
  • ค่าเบี่ยงเบนสัมบูรณ์สูงสุด เป็นการวัดความแตกต่างสูงสุดระหว่างจุดข้อมูลแต่ละจุดกับค่าเฉลี่ยของชุดข้อมูลโดยตรง อย่างไรก็ตาม การวัดนี้ไม่แข็งแกร่งมากนัก เนื่องจากอาจได้รับอิทธิพลจากค่าสุดขั้วเพียงค่าเดียวมากเกินไป การวัดนี้อาจไม่สามารถให้การวัดการกระจายที่เชื่อถือได้เมื่อต้องจัดการกับชุดข้อมูลที่มีค่าผิดปกติ[ 8 ]

การทำให้เป็นมาตรฐาน

ค่าเบี่ยงเบน ซึ่งวัดความแตกต่างระหว่างค่าที่สังเกตได้กับจุดอ้างอิงบางจุด โดยธรรมชาติแล้วจะมีหน่วยที่สอดคล้องกับมาตราส่วนการวัดที่ใช้ ตัวอย่างเช่น หากกำลังวัดความยาว ค่าเบี่ยงเบนจะแสดงในหน่วยเช่น เมตรหรือฟุต เพื่อให้ค่าเบี่ยงเบนไม่มีหน่วยและอำนวยความสะดวกในการเปรียบเทียบระหว่างชุดข้อมูลต่างๆ เราสามารถทำให้ค่าเบี่ยงเบนไม่มีมิติได้

วิธีที่นิยมใช้วิธีหนึ่งคือการหารค่าเบี่ยงเบนด้วยมาตรวัดมาตราส่วน ( การกระจายทางสถิติ ) โดยใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของประชากรสำหรับการทำให้เป็นมาตรฐาน หรือใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของกลุ่มตัวอย่างสำหรับ การทำให้เป็นค่าที่สอดคล้องกับค่าเฉลี่ย ของนักเรียน (เช่น ค่าตกค้างที่สอดคล้องกับ ค่าเฉลี่ยของนักเรียน )

แนวทางอื่นในการลดมิติจะเน้นที่การปรับขนาดตามตำแหน่งมากกว่าการกระจายตัว เปอร์เซ็นต์ความเบี่ยงเบนเป็นตัวอย่างของวิธีนี้ โดยคำนวณจากความแตกต่างระหว่างค่าที่สังเกตได้กับค่าที่ยอมรับ หารด้วยค่าที่ยอมรับ แล้วคูณด้วย 100% การปรับขนาดความเบี่ยงเบนตามค่าที่ยอมรับทำให้เทคนิคนี้สามารถแสดงความเบี่ยงเบนในรูปเปอร์เซ็นต์ได้ ซึ่งให้มุมมองที่ชัดเจนเกี่ยวกับความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างค่าที่สังเกตได้กับค่าที่ยอมรับ วิธีการลดมิติทั้งสองวิธีนี้มีจุดประสงค์เพื่อให้ความเบี่ยงเบนสามารถเปรียบเทียบและตีความได้นอกเหนือจากหน่วยการวัดเฉพาะ[ 10 ]

ตัวอย่าง

ในตัวอย่างหนึ่ง มีการวัดความเร็วเสียงในตัวกลางชนิดหนึ่งหลายครั้ง ค่าความเร็วเสียงที่ยอมรับหรือคาดการณ์ไว้ในตัวกลางนี้ โดยอิงจากการคำนวณทางทฤษฎี คือ 343 เมตรต่อวินาที

ในระหว่างการทดลอง นักวิจัยหลายคนทำการวัดค่าต่างๆ นักวิจัย A วัดความเร็วเสียงได้ 340 เมตรต่อวินาที ซึ่งคลาดเคลื่อนจากค่าที่คาดไว้ −3 เมตรต่อวินาที ในขณะที่นักวิจัย B วัดความเร็วเสียงได้ 345 เมตรต่อวินาที ซึ่งคลาดเคลื่อนจากค่าที่คาดไว้ +2 เมตรต่อวินาที

ในบริบททางวิทยาศาสตร์นี้ ค่าเบี่ยงเบนช่วยในการวัดปริมาณความแตกต่างระหว่างค่าที่วัดได้แต่ละค่ากับค่าที่คาดการณ์หรือยอมรับตามทฤษฎี ค่าเบี่ยงเบนให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความถูกต้องและความแม่นยำของผลการทดลอง ช่วยให้นักวิจัยสามารถประเมินความน่าเชื่อถือของข้อมูลและอาจระบุปัจจัยที่ก่อให้เกิดความคลาดเคลื่อนได้

ในอีกตัวอย่างหนึ่ง สมมติว่าปฏิกิริยาเคมีคาดว่าจะให้ผลผลิตเป็นสารประกอบเฉพาะชนิดหนึ่ง 100 กรัม โดยอิงตามสัดส่วนทางเคมีอย่างไรก็ตาม ในการทดลองในห้องปฏิบัติการจริง มีการทดลองหลายครั้งภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน

ในการทดลองที่ 1 ผลผลิตที่วัดได้จริงคือ 95 กรัม ซึ่งคลาดเคลื่อนไป −5 กรัมจากผลผลิตที่คาดไว้ ในการทดลองที่ 2 ผลผลิตที่วัดได้จริงคือ 102 กรัม ซึ่งคลาดเคลื่อนไป +2 กรัม ความคลาดเคลื่อนจากค่าที่คาดไว้เหล่านี้ให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับประสิทธิภาพและความสามารถในการทำซ้ำของปฏิกิริยาเคมีภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์ความเบี่ยงเบนเหล่านี้เพื่อปรับสภาวะปฏิกิริยาให้เหมาะสม ระบุแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น และปรับปรุงผลผลิตและความน่าเชื่อถือโดยรวมของกระบวนการ แนวคิดเรื่องความเบี่ยงเบนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการประเมินความถูกต้องของผลการทดลองและในการตัดสินใจอย่างรอบรู้เพื่อเพิ่มผลลัพธ์ของการทดลองทางวิทยาศาสตร์

ดูเพิ่มเติม

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ค่าเบี่ยงเบน (สถิติ)

ในคณิตศาสตร์และสถิติค่าเบี่ยงเบนทำหน้าที่เป็นมาตรวัดเพื่อหาปริมาณความแตกต่างระหว่างค่าที่สังเกตได้ของตัวแปรกับค่าที่กำหนดไว้อีกค่าหนึ่ง ซึ่งมักจะเป็นค่าเฉลี่ยของตัวแปรนั้น...

ประเภท

ความเบี่ยงเบนซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างค่าที่สังเกตได้กับ ค่าที่แท้จริง ของปริมาณที่สนใจ (โดยที่ ค่าที่แท้จริง หมายถึงค่าที่คาดหวัง เช่น ค่าเฉลี่ยของประชากร) ถือเป็นข้อผิดพลาด [ 2 ]

การเบี่ยงเบนที่มีเครื่องหมาย

A deviation that is the difference between the observed value and an estimate of the true value (e.g. the sample mean) is a residual . These concepts are applicable for data at the interval and ratio levels of measurement. [ 3 ]

Unsigned or absolute deviation

Absolute deviation in statistics is a metric that measures the overall difference between individual data points and a central value, typically the mean or median of a dataset.