Основные статистики и t-критерий Стьюдента

В ходе рассмотрения примера мы будем использовать вымышленные сведения, чтобы читатель мог провести необходимые преобразования самостоятельно.

Так, допустим, в ходе исследований изучали влияние препарата А на содержание вещества В (в ммоль/г) в ткани С и концентрацию вещества D в крови (в ммоль/л) у пациентов, разделенных по какому-то признаку Е на 3 группы равного объема (n = 10). Результаты такого выдуманного исследования приведены в таблице:

Хотим вас предупредить, что выборки объема 10 рассматриваются нами для простоты представления данных и вычислений, на практике такого объема выборок обычно оказывается недостаточно для формирования статистического заключения.

В качестве примера рассмотрим данные 1-го столбца таблицы.

Описательные статистики

Выборочное среднее

Среднее арифметическое, которое очень часто называют просто «среднее», получают путем сложения всех значений и деления этой суммы на число значений в наборе. Это можно показать с помощью алгебраической формулы. Набор n наблюдений переменной x можно изобразить как x₁, x₂, х₃, . x_n

Формула для определения среднего арифметического наблюдений (произносится «икс с чертой»):

Выборочная дисперсия

Выборочная дисперсия данного показателя равна s 2 = 3,2.

Среднеквадратичное отклонение

Стандартное (среднеквадратичное) отклоне­ние — это положительный квадратный корень из дисперсии. На примере n наблюдений это выглядит следующим образом:

Мы можем представить себе стандартное отклоне­ние как своего рода среднее отклонение наблюдений от среднего. Оно вычисляется в тех же единицах (размерностях), что и исходные данные.

s = sqrt ( s 2 ) = sqrt (3,2) = 1,79 [sqrt (x) — функция извлечения квадратного корня из х].

Коэффициент вариации

Если разделить стандартное отклонение на сред­нее арифметическое и выразить результат в процен­тах, то получится коэффициент вариации.

Ошибка выборочного среднего

1,79 / sqrt (10) = 0,57 [sqrt (x)- функция извлечения квадратного корня из х];

Коэффициент Стьюдента t (одновыборочный t-критерий)

Применяется для проверки гипотезы об отличии среднего значения от некоторого известного значения m

Количество степеней свободы рассчитывается как f=n-1.

В данном случае доверительный интервал для среднего заключен между границами 11,87 и 14,39.

Для уровня доверительной вероятности 95% m=11,87 или m=14,39, то есть= |13,1-11,82| = |13,1-14,38| = 1,28

Соответственно, в данном случае для числа степеней свободы f = 10 — 1 = 9 и уровня доверительной вероятности 95% t=2,26.

Диалог Основные статистики и таблицы

В модуле Основные статистики и таблицы выберем Описательные статистики.

Откроется диалоговое окно Описательные статистики.

Нажав на Ок, получим таблицы результатов с описательными статистиками выбранных переменных.

Чтобы посчитать t-критерий Стьюдента, в модуле Основные статистики и таблицы выберем Одновыборочный t-критерий.

Откроется диалоговое окно Одновыборочный t-критерий.

Предположим, нам известно, что среднее содержание вещества B в ткани С равно 11.

Таблица результатов с описательными статистиками и t-критерием Стьюдента выглядит следующим образом:

Нам пришлось отвергнуть гипотезу о том, что среднее содержание вещества В в ткани С равно 11.

Так как вычисленное значение критерия больше табличного (2,26), нулевая гипотеза отвергается на выбранном уровне значимости, и различия между выборкой и известной величиной признаются статистически значимыми. Таким образом, вывод о существовании различий, сделанный с помощью критерия Cтьюдента, подтверждается с помощью данного метода.

Выводы

Полученное значение t-критерия Стьюдента необходимо правильно интерпретировать. Для этого нам необходимо знать количество исследуемых в каждой группе (n₁ и n₂). Находим число степеней свободы f по следующей формуле:

Статистические критерии

Теперь нужно дать какой-то аргументированный ответ. Даем его с помощью статистического критерия. Соответственно теперь наступает самое важное: как выбрать статистический критерий? Я думаю, это будет темой отдельной статьи. Для корректности использования t-критерия Стьюдента лишь скажу, что нужно, чтобы:

Алгоритм расчета t-критерия Стьюдента для независимых выборок измерений

Определить критическое значение t-критерия с использованием таблицы 1 приложения, при заданном уровне значимости и степени свободы.

Сравнить расчетное и критическое значение t — критерия. Если расчетное значение больше или равно критическому, то гипотеза равенства средних значений в двух выборках изменений отвергается (Но). Во всех других случаях она принимается на заданном уровне значимости.

Пример. Две группы студентов обучались по двум различным методикам. В конце обучения с ними был проведен тест по всему курсу. Необходимо оценить, насколько существенны различия в полученных знаниях. Результаты тестирования представлены в таблице 4.

Рассчитаем выборочное среднее, дисперсию и стандартное отклонение:

По таблице 1 (см. приложение) находим критическое значение t_k для уровня значимости р = 0,01

Алгоритм расчета t-критерия Стьюдента для зависимых выборок измерений

1. Определить расчетное значение t-критерия по формуле

, где

2. Рассчитать степень свободы f

3. Определить критическое значение t-критерия по таблице 1 приложения.

4. Сравнить расчетное и критическое значение t-критерия. Если расчетное значение больше или равно критическому, то гипотеза равенства средних значений в двух выборках изменений отвергается (Но). Во всех других случаях она принимается на заданном уровне значимости.

U—критерий Манна—Уитни

Критерий предназначен для оценки различий между двумя непараметрическими выборками по уровню какого-либо признака, количественно измеренного. Он позволяет выявлять различия между малыми выборками, когда n < 30.

Этот метод определяет, достаточно ли мала зона пересекающихся значений между двумя рядами. Чем меньше эта область, тем более вероятно, что различия достоверны. Эмпирическое значение критерия U отражает то, насколько велика зона совпадения между рядами. Поэтому чем меньше U, тем более вероятно, что различия достоверны.

НО: Уровень признака в группе 2 не ниже уровня признака в группе 1.

HI: Уровень признака в группе 2 ниже уровня признака в группе 1.

Алгоритм расчета критерия Манна-Уитни (u)

Перенести все данные испытуемых на индивидуальные карточки.

Пометить карточки испытуемых выборки 1 одним цветом, скажем красным, а все карточки из выборки 2 – другим, например, синим.

Разложить все карточки в единый ряд по степени нарастания признака, не считаясь с тем, к какой выборке они относятся, как если бы мы работали с одной большой выборкой.

Проранжировать значения на карточках, приписывая меньшему значению меньший ранг.

Вновь разложить карточки на две группы, ориентируясь на цветные обозначения: красные карточки в один ряд, синие – в другой.

Подсчитать сумму рангов отдельно на красных карточках (выборка 1) и на синих карточках (выборка 2). Проверить, совпадает ли общая сумма рангов с расчетной.

Определить большую из двух ранговых сумм.

n_х – количество испытуемых в группе с большей суммой рангов.

9. Определить критические значения U по таблице 2 (см. приложение).

Если U_эмп.> U_кр0,05, то гипотеза Но принимается. Если U_эмп.≤ U_кр, то отвергается. Чем меньше значения U, тем достоверность различий выше.

Пример. Сравнить эффективность двух методов обучения в двух группах. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Нулевая гипотеза принимается на уровне значимости 0,05, если наблю­даемое значение T < n — t_a , где значение n — t_a определя­ется из статистических таблиц для критерия знаков Приложения 2.

Как рассчитать базовую статистику в Excel: руководство для начинающих

Чтобы определить стандартное отклонение для набора, просто введите = STDEV.S () или же = STDEV.P () и вставьте диапазон чисел в скобки. Вы можете нажать и перетащить или ввести диапазон.