统计里为什么
要除以 n−1?
不方便开声音?往下看图文版。
看文字稿
下面是视频旁白的全文。
同样五个同学的身高,计算器上按两个键,算出两个数。一个键除以五,另一个除以四。课本说:只量了一部分人,就用除以四的。为什么偏要少除一个?
比如全校两千人,个子差得多不多?你只抽了五个人来量。量散得多开,先找中间,就是五个人的平均身高。再看每个人离中间多远,把这些远近平均一下。
问题来了:真正的中间,是全校两千人的平均。这个数,你不知道。你手里只有五个人的平均,只好拿它当中间。做个极端的小实验:只量一个人。
一个人的平均就是他自己,他离中间零厘米。照这么算,全校的人一样高。这显然不对。毛病出在哪?想象一个射箭的人。
他先把箭射出去。再走过去,在箭堆正中间画上靶心。这样一看,支支都离靶心很近,像个神射手。可真靶心不在那儿,箭离它其实远得多。
五个人的平均,就是这个后画的靶心。它总落在这五个人正中间,大家看起来就挨得特别紧。换成别的任何位置,包括真靶心,都只会更散。
那会少算多少?先猜一猜。一颗骰子只掷两次。用除以二的办法,估它的点数散得多开。一遍遍重来,平均下来,只估到真实的一半。
换成除以一,平均下来正好对上。五个人也一样:除以五,平均只有八成。除以四,刚刚好。为什么正好少一个?因为后画的靶心,自己也在晃。
这五个人平均一百六十八。换五个人,也许就是一百七十二。它晃的那一点,平均下来,正好吃掉一个人的份。换个看法:平均数定了,前四个人一报身高。第五个不用量,也算得出。
五个人里,能自由变的只有四个。平均数,偷走了一个人。所以除以四。这一招,叫贝塞尔校正。两种时候不用它。全校都量了,真靶心就在手里,直接除以两千。
人很多时,少除一个,几乎没差别。它也不是次次都准,只是平均下来不偏。先射箭后画靶,不只出现在算数上。
拿做过的题考自己,分数也会偏高。你还见过哪件事,是先射箭、后画靶的?
计算器上的
两个键
同样五个同学的身高,计算器上按两个键,算出两个数:一个除以五,一个除以四。
课本说:只量了一部分人,就用除以四的那个。
计算器上常写成 σx 和 sx;表格软件里是 STDEV.P 和 STDEV.S。
我们想知道:
个子差得多不多
全校两千人,没空个个都量,就抽五个人。
先找中间——五个人的平均身高;再看每个人离中间多远,平均一下,就是「散得多开」。
准确说,「多远」要先自己乘自己(平方)再平均,这样离得远的人分量更重。
麻烦在于:真正的中间是全校两千人的平均,你不知道,只好拿五个人的平均顶上。
只量一个人,
全校一样高?
极端一点:只量一个人。他自己就是平均,离中间零厘米。
照除以 n 的算法,全校的人一样高。这显然不对。
除以 n−1 时,一个人就是除以零——算不出来。这才老实:一个人确实看不出大家差多少。
先射箭,
后画靶
有个人先把箭射出去,再走过去,在箭堆正中间画上靶心。一看,支支都离靶心很近,像个神射手。可真靶心不在那儿。
五个人的平均,就是这个后画的靶心。
它总落在这五个人正中间。换成别的任何位置——包括真正的中间——大家只会显得更散。所以除以 n 算出来的,只会偏小。
掷两次骰子,
少算了一半
五个人也一样:除以五,平均只有真实的八成;除以四,刚刚好。一般地,除以 n 平均只有 (n−1)/n。
平均数
偷走了一个人
所以除以四。
这一招叫贝塞尔校正。
名字来自德国天文学家贝塞尔;其实高斯在 1823 年就用过这个除法。
什么时候
不用它
你量的人中间,
所以少除一个
拿做过的题考自己,分数也偏高。
你还见过哪件事,
是先射箭、后画靶的?
小测验
只抽几个人量身高,为什么除以人数会把「散得多开」算小?
就像先射箭后画靶:靶心画在箭堆正中,箭看起来都离得近。
