統計學的三把尺:平均差、標準差、變異係數的比較與應用

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你是不是覺得統計學很複雜?別擔心,其實統計學就像我們生活中的指南針,幫助我們更清楚地看見事物的全貌。今天,我們不講理論,直接用一個貼近生活的例子,帶你一次搞懂統計學中三個常見的離散指標:平均差、標準差和變異係數

讓我們想像一下,這是某國中A班30位同學某次段考的數學成績。

A班30位同學的數學成績 (滿分100分): 85, 78, 92, 65, 88, 75, 80, 70, 95, 60, 82, 79, 90, 84, 73, 91, 68, 86, 77, 83, 76, 81, 74, 87, 69, 93, 71, 89, 72, 94

這是一份完整的成績資料,讓我們用它來進行一場統計大冒險!

在開始之前,我們先算出所有同學的平均分數,這是所有統計分析的起點。

  • 總分加總: 2430
  • 平均數: 2430÷30=81

結果:A班的平均數學成績是81分。


三個指標的共同任務:測量分數有多分散

雖然我們知道全班平均是81分,但光是這個數字還不夠。我們想知道,這群成績是緊密地集中在81分附近,還是分數高高低低、分得很開?

這時,平均差、標準差和變異係數就登場了!它們三者都是用來衡量資料的「分散程度」,但各有各的個性與用途。

平均差 (Mean Absolute Deviation)

平均差是最直接、最基本的離散指標。它的概念非常簡單:把每個同學的分數與平均分數之間的距離,全部加起來再求平均。

公式:

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白話文解讀: 平均差告訴我們,一個群體中每個成員與「平均」的距離,平均來說有多遠。

  • 計算方式:
    • 算出每個同學成績與81分的距離,例如 ∣85−81∣=4、 ∣60−81∣=21。
    • 將這30個距離加總,得到200。
    • 再將總和除以人數30。
  • 結果: 200÷30≈6.67

平均差為6.67分。 這代表A班同學的分數,平均來說與平均分數81分相差約6.67分。這個概念直觀好懂,是入門統計最好的切入點。


標準差 (Standard Deviation)

標準差是這三個指標中最重要、也最常被使用的。它像是一個「分數穩定度」的量尺,用來衡量資料的離散程度。標準差越大,代表分數越分散;標準差越小,代表分數越集中。

由於我們把A班的30筆成績視為一個完整的資料集(母群),因此我們使用的公式會與樣本標準差略有不同,分母會是 n 而不是 n−1。

公式:

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白話文解讀: 標準差告訴我們,資料點「平均」散佈在離平均數多遠的地方。

  • 計算方式:
    • 算出每個同學成績與81分的距離,並將這些距離平方。
    • 將這30個平方後的距離加總,得到1508。
    • 將總和除以總人數30。
    • 最後將結果開根號。
  • 結果: (1508÷30)^0.5​ ​≈7.09

標準差為7.09分。 這告訴我們,A班同學的數學成績,平均散佈在離平均數81分上下約7.09分的範圍內。由於平方的特性,標準差會更強調那些離平均數很遠的分數,因此更能反映資料的極端變異。


變異係數 (Coefficient of Variation, CV

變異係數是這三個指標中最獨特的一個,它的專長是做跨群體比較

白話文解讀: 如果我們想知道,A班同學的數學成績英文成績哪個比較分散?我們不能單純比較兩者的標準差,因為兩科成績的平均數可能不同,直接比較是不公平的。變異係數可以消除量級的影響,讓我們進行公平的比較。

假設A班同學的英文成績,平均分數為90分標準差為9分

公式:

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結果: 數學成績的變異係數是8.75%,英文成績的變異係數是10%。這代表相對於各自的平均數,英文成績的變動程度其實比數學成績要大。變異係數讓我們可以在不同單位或不同量級的資料之間,進行公平的比較。

比較與用途

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透過這篇用A班數學成績為例的文章,各位能對這三個統計概念有更清晰的認識。下次當你看到新聞報導中的數字時,除了看平均數,也別忘了多看看這些「離散指標」,它們會讓你對事情有更全面、更深入的了解!


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慵懶貓系的小墨魚:數據外的日常觀察
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小墨魚,一位白天擅長資料分析與統計建模的數據工作者,夜裡則沉浸在書本與文字裡,透過閱讀與寫作與世界對話。工作之餘,也兼職統計家教,協助學生理解複雜的統計概念與軟體操作。這裡記錄我的書評、生活觀察、科技碎念,有時也寫下關於時間與情緒的小片段。願這些文字,成為我們在日常中相遇的溫柔片刻。
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