Вариационный анализ данных в excel

Содержание

• Вычисление коэффициента вариации
  • Шаг 1: расчет стандартного отклонения
  • Шаг 2: расчет среднего арифметического
  • Шаг 3: нахождение коэффициента вариации
• Вопросы и ответы

Одним из основных статистических показателей последовательности чисел является коэффициент вариации. Для его нахождения производятся довольно сложные расчеты. Инструменты Microsoft Excel позволяют значительно облегчить их для пользователя.

Вычисление коэффициента вариации

Этот показатель представляет собой отношение стандартного отклонения к среднему арифметическому. Полученный результат выражается в процентах.

В Экселе не существует отдельно функции для вычисления этого показателя, но имеются формулы для расчета стандартного отклонения и среднего арифметического ряда чисел, а именно они используются для нахождения коэффициента вариации.

Шаг 1: расчет стандартного отклонения

Стандартное отклонение, или, как его называют по-другому, среднеквадратичное отклонение, представляет собой квадратный корень из дисперсии. Для расчета стандартного отклонения используется функция СТАНДОТКЛОН. Начиная с версии Excel 2010 она разделена, в зависимости от того, по генеральной совокупности происходит вычисление или по выборке, на два отдельных варианта: СТАНДОТКЛОН.Г и СТАНДОТКЛОН.В.

Синтаксис данных функций выглядит соответствующим образом:


= СТАНДОТКЛОН(Число1;Число2;…)
= СТАНДОТКЛОН.Г(Число1;Число2;…)
= СТАНДОТКЛОН.В(Число1;Число2;…)


1. Для того, чтобы рассчитать стандартное отклонение, выделяем любую свободную ячейку на листе, которая удобна вам для того, чтобы выводить в неё результаты расчетов. Щелкаем по кнопке «Вставить функцию». Она имеет внешний вид пиктограммы и расположена слева от строки формул.



2. Выполняется активация Мастера функций, который запускается в виде отдельного окна с перечнем аргументов. Переходим в категорию «Статистические» или «Полный алфавитный перечень». Выбираем наименование «СТАНДОТКЛОН.Г» или «СТАНДОТКЛОН.В», в зависимости от того, по генеральной совокупности или по выборке следует произвести расчет. Жмем на кнопку «OK».



3. Открывается окно аргументов данной функции. Оно может иметь от 1 до 255 полей, в которых могут содержаться, как конкретные числа, так и ссылки на ячейки или диапазоны. Ставим курсор в поле «Число1». Мышью выделяем на листе тот диапазон значений, который нужно обработать. Если таких областей несколько и они не смежные между собой, то координаты следующей указываем в поле «Число2» и т.д. Когда все нужные данные введены, жмем на кнопку «OK»



4. В предварительно выделенной ячейке отображается итог расчета выбранного вида стандартного отклонения.

Урок: Формула среднего квадратичного отклонения в Excel

Шаг 2: расчет среднего арифметического

Среднее арифметическое является отношением общей суммы всех значений числового ряда к их количеству. Для расчета этого показателя тоже существует отдельная функция – СРЗНАЧ. Вычислим её значение на конкретном примере.

1. Выделяем на листе ячейку для вывода результата. Жмем на уже знакомую нам кнопку «Вставить функцию».



2. В статистической категории Мастера функций ищем наименование «СРЗНАЧ». После его выделения жмем на кнопку «OK».





3. Запускается окно аргументов СРЗНАЧ. Аргументы полностью идентичны тем, что и у операторов группы СТАНДОТКЛОН. То есть, в их качестве могут выступать как отдельные числовые величины, так и ссылки. Устанавливаем курсор в поле «Число1». Так же, как и в предыдущем случае, выделяем на листе нужную нам совокупность ячеек. После того, как их координаты были занесены в поле окна аргументов, жмем на кнопку «OK».



4. Результат вычисления среднего арифметического выводится в ту ячейку, которая была выделена перед открытием Мастера функций.

Урок: Как посчитать среднее значение в Excel

Шаг 3: нахождение коэффициента вариации

Теперь у нас имеются все необходимые данные для того, чтобы непосредственно рассчитать сам коэффициент вариации.

1. Выделяем ячейку, в которую будет выводиться результат. Прежде всего, нужно учесть, что коэффициент вариации является процентным значением. В связи с этим следует поменять формат ячейки на соответствующий. Это можно сделать после её выделения, находясь во вкладке «Главная». Кликаем по полю формата на ленте в блоке инструментов «Число». Из раскрывшегося списка вариантов выбираем «Процентный». После этих действий формат у элемента будет соответствующий.



2. Снова возвращаемся к ячейке для вывода результата. Активируем её двойным щелчком левой кнопки мыши. Ставим в ней знак «=». Выделяем элемент, в котором расположен итог вычисления стандартного отклонения. Кликаем по кнопке «разделить» (/) на клавиатуре. Далее выделяем ячейку, в которой располагается среднее арифметическое заданного числового ряда. Для того, чтобы произвести расчет и вывести значение, щёлкаем по кнопке Enter на клавиатуре.



3. Как видим, результат расчета выведен на экран.

Таким образом мы произвели вычисление коэффициента вариации, ссылаясь на ячейки, в которых уже были рассчитаны стандартное отклонение и среднее арифметическое. Но можно поступить и несколько по-иному, не рассчитывая отдельно данные значения.

1. Выделяем предварительно отформатированную под процентный формат ячейку, в которой будет выведен результат. Прописываем в ней формулу по типу:

   = СТАНДОТКЛОН.В(диапазон_значений)/СРЗНАЧ(диапазон_значений)

   Вместо наименования «Диапазон значений» вставляем реальные координаты области, в которой размещен исследуемый числовой ряд. Это можно сделать простым выделением данного диапазона. Вместо оператора СТАНДОТКЛОН.В, если пользователь считает нужным, можно применять функцию СТАНДОТКЛОН.Г.



2. После этого, чтобы рассчитать значение и показать результат на экране монитора, щелкаем по кнопке Enter.

Существует условное разграничение. Считается, что если показатель коэффициента вариации менее 33%, то совокупность чисел однородная. В обратном случае её принято характеризовать, как неоднородную.

Как видим, программа Эксель позволяет значительно упростить расчет такого сложного статистического вычисления, как поиск коэффициента вариации. К сожалению, в приложении пока не существует функции, которая высчитывала бы этот показатель в одно действие, но при помощи операторов СТАНДОТКЛОН и СРЗНАЧ эта задача очень упрощается. Таким образом, в Excel её может выполнить даже человек, который не имеет высокого уровня знаний связанных со статистическими закономерностями.

Еще статьи по данной теме:

Помогла ли Вам статья?

Создание вариационного
ряда, вариационной кривой, определение среднего значения и среднеквадратичного
отклонения.

Для селекционера,
например, важно знать, сколько зерен содержит колос выведенного (выводимого) им
нового сорта пшеницы. В этой ситуации совершенно ясно, что подсчетом количества
зерен только в одном колосе не обойтись. Для определения числа зерен надо
воспользоваться достаточно большим количеством колосьев, скажем не менее сотни.
Приведем пример математической обработки результатов селекции.

Все поле
пшеницы, которое вырастил селекционер можно на математическом языке назвать
генеральной совокупностью. Подсчитать количество зерен в колосьях всей
генеральной совокупности, очевидно, не представляется возможным, но из всей
генеральной совокупности можно выбрать, скажем, сто колосьев и подсчитать
количество зерен в них. Эти сто колосьев будут называться выборкой из генеральной
совокупности, и они с определенной точностью будут отражать число зерен во всем
поле (генеральной совокупности). Чтобы по данным выборки иметь возможность
судить обо всей генеральной совокупности, она должна быть отобрана случайно.
Так в нашем случае селекционер ни в коем случае не должен отдавать предпочтение
тем или иным колосьям (по размерам, внешнему виду, месту произрастания на поле
и т.п.) в процессе их выборки. Наиболее целесообразно в данной ситуации
совершать выбор колосьев из непрозрачного мешка наугад. У всех выбранных
колосьев производится подсчет числа зерен, и результаты фиксируются в виде ряда
чисел, с которыми в дальнейшем и предстоит совершать математические действия. В
данном примере можно предложить следующую их последовательность.

2.1  Создание вариационного ряда.

 Вариационным
рядом называется ранжированный в порядке возрастания или убывания ряд вариантов
с соответствующими им весами (частотами или частностями). Вариационный ряд
будет дискретным, если любые его варианты отличаются на постоянную величину, и
непрерывным, если варианты могут отличатся один от другого на сколь угодно
малую величину.

Иными словами в вариационном ряду
полученные значения располагаются в порядке их увеличения и, если значение
повторяется, то рядом записывается число его повторений. Т.е. в данном примере
по числу зерен в колосьях ряд может выглядеть так (таб. 2):

Таблица 2

Число зерен в колосе	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Число колосьев	1	2	2	4	6	8	8	9	10
Число зерен в колосе	26	27	28	29	30	31	32	33	34
Число колосьев	9	9	9	8	6	4	3	1	1

Полученный вариационный ряд
позволяет выявить закономерности распределения колосьев по числу зерен в них.

2.2  Создание вариационной
кривой.

Закономерности распределения
можно представить более наглядно, создав вариационную кривую, называемую
полигоном (рис 3), или представить в виде столбчатой диаграммы, которая здесь
будет называться гистограммой (рис 4).

  
Из полученных схем уже можно наглядно судить о закономерностях
распределения.

            Диаграммы
строятся при помощи «Excel»
так:

Ø Ввести в окно программы данные вариационного
ряда.

Ø Запустить «Мастер диаграмм», нажатием
кнопки  .

Ø В графе «тип» выбирать или «гистограмма», или
«график».

Ø Нажать кнопку «Далее».

Ø В «шаге 2 из 4» найти строку с названием
«Диапазон» и щелкнуть по кнопке, расположенной справа от надписи и пустого
поля, при этом «Мастер диаграмм» несколько свернется.

Ø Выделить данные в окне программы (в примере это
значения в ячейках В1 – В18).

Ø Снова щелкнуть по кнопке в «Мастере диаграмм».
«Мастер» развернется. В окне «Мастера» появится эскиз гистограммы или полигона.

Ø В этом же шаге (2 из 4) щелкнуть по закладке с
надписью «Ряд».

Ø В открывшейся страничке найти строчку с надписью
«Подписи оси Х».

Ø Щелкнуть по кнопке справа от надписи и пустого
поля.

Ø Выделить значения в окне программы, которые
будут на диаграмме представляться в качестве данных оси Х. (в примере значения
в ячейках А1 – А18).

Ø Щелкнуть по кнопке в свернутом «Мастере».

Ø Щелкнуть по кнопке «Далее» (шаг 3 из 4).

Ø При необходимости, в графе «Заголовки» выполнить
подписи осей Х и Y, а
так же дать диаграмме название.

Ø Щелкнуть по кнопке далее, затем готово и в
результате получится готовая гистограмма или полигон (рис 3).

2.3  Определение среднего значения признака.

Среднее
значение ряда данных находится обычным образом. Суммируются все значения
признака и делятся на количество этих значений. Т.е. здесь общее число зерен в
100 колосках равно 2551, то среднее значение будет равно 2551/100 = 25.51.

Для определения
среднего значения признака с использованием «Excel» надо выполнить следующие шаги:

Ø Ввести в столбец А окна программы все значения
признака, в том числе и повторяющиеся. Т.е. здесь все 100 значений зерен в
колосках. Ввод можно осуществлять в любой последовательности – по возрастанию,
по убыванию или в разнобой. Введенный массив чисел лучше сохранить, так как он
пригодится для расчета отклонения.

Ø Щелкнуть в окне программы по любой пустой
ячейке. По окончании расчетов в ней появится соответствующее среднее значение.

Ø В меню «Вставка» выбрать «Функция».

Ø В появившемся списке функций выбрать функцию
«СРЗНАЧ».

Ø Щелкнуть по кнопке «ОК». Появится окно
«Аргументы функции».

Ø Щелкнуть по кнопке правее надписи «Число 1» и
поля (окно свернется).

Ø Выделить в окне программы весь числовой массив,
среднее значение которого необходимо определить.

Ø Щелчком по кнопке справа от поля с надписями
развернуть окно «Аргументы функции».

Ø Щелкнуть по кнопке «ОК». В выбранной
предварительно ячейке появится среднее значение массива чисел.

2.4  Определение среднего квадратического
отклонения. 

Вариационная кривая имеет
определенную ширину. Нетрудно догадаться, что чем больше ширина вариационной
кривой, тем сильнее разброс значений относительно средней величины.

Как показано на рисунках 5 и 6 при
одном и том же среднем значении, равном 25.51, полигон первого рисунка шире
полигона второго.

            Оценить
степень разброса данных относительно среднего значения можно рассчитав значение
дисперсии S²,
или среднее квадратическое отклонение S, равное корню квадратному из дисперсии. Дисперсией вариационного ряда называется
средняя арифметическая квадратов отклонений вариантов от их средней
арифметической. Значением среднего квадратического отклонения пользоваться
удобнее, так как оно выражается в тех же единицах, что и значение признака. Так
среднее квадратическое отклонение данных, представленных графически на первом
полигоне равно 3.70, а на втором полигоне 2.65. Видим, что отклонение первое
больше второго и это как раз и отражается на ширине полигона.

        Алгоритм
расчета среднего квадратического отклонения 
и дисперсии такой же, как и для расчета среднего арифметического
значения, только в списке функций надо выбрать «СТАНДОТКЛОН» для вычисления отклонения, или «ДИСП» для расчета дисперсии.

Как построить вариационный ряд в Excel

Вариационный ряд  может быть:

     — дискретным, когда изучаемый признак характеризуется определенным числом (как правило целым).

    — интервальным, когда определены границы «от» и «до» для непрерывно варьируемого признака. Интервальный ряд также строят если множество значений дискретно варьируемого признака велико.

Рассмотрим пример построения дискретного вариационного ряда.

Пример 1. Имеются данные о количественном составе 60 семей.

Построить вариационный ряд и полигон распределения

Решение.

Алгоритм построения вариационного ряда:

1) Откроем таблицы Excel.

2) Введем массив данных в диапазон А1:L5. Если вы изучаете документ в электронной форме (в формате Word, например), для этого достаточно выделить таблицу с данными и скопировать ее в буфер, затем выделить ячейку А1 и вставить данные – они автоматически займут подходящий диапазон.

3) Подсчитаем объем выборки n – число выборочных данных, для этого в ячейку В7 введем формулу =СЧЁТ(А1:L5). Заметим, что для того, чтобы в формулу ввести нужный диапазон, необязательно вводить его обозначение с клавиатуры, достаточно его выделить.

4) Определим минимальное и максимальное значение в выборке, введя в ячейку В8 формулу =МИН(А1:L5), и в ячейку В9: =МАКС(А1:L5).

Рис.1.1 Пример 1. Первичная обработка статистических данных в таблицах Excel

5) Далее, подготовим таблицу для построения вариационного ряда, введя названия для столбца  интервалов (значений варианты) и столбца частот. В столбец интервалов введем значения признака от минимального (1) до максимального (6), заняв диапазон  В12:В17.

6) Выделим столбец частот, введем формулу =ЧАСТОТА(А1:L5;В12:В17) и нажмем сочетание клавиш CTRL+SHIFT+ENTER

Рис.1.2 Пример 1. Построение вариационного ряда

7) Для контроля вычислим сумму частот при помощи функции СУММ (значок функции S в группе «Редактирование» на вкладке «Главная»), вычисленная сумма должна совпасть с ранее вычисленным объемом выборки в ячейке В7.

Построим полигон:

1) выделив полученный диапазон частот, выберем команду «График» на вкладке «Вставка». По умолчанию значениями на горизонтальной оси будут порядковые числа — в нашем случае от 1 до 6, что совпадает со значениями варианты (номерами тарифных разрядов).

2) Название ряда диаграммы «ряд 1» можно либо изменить, воспользовавшись той же опцией «выбрать данные» вкладки «Конструктор», либо просто удалить.

Рис.1.3. Пример 1. Построение полигона частот

Примечание: можно скачать готовый шаблон построение дискретного вариационного ряда в Excel

Следующая тема: Построение интервального вариационного ряда в Excel.

Построим дискретный вариационный ряд
по затратам труда на 1 ц зерна.

Открываем лист Excel,
в ячейку А1 записываем условное обозначение
результативного признака – у, а в ячейки
А2:А31 значения затрат труда на 1 ц зерна.
В ячейки В2:В3 введём наименьшее и
следующее за ним значения признака 0,7
и 0,8; выделим обе ячейки (В2 и В3). Щёлкнем
мышью правый нижний угол выделительной
рамки и потянем вниз до значения 1,5
(наибольшее значение признака). В ячейках
В2:В10 получим варианты признака в
ранжированном порядке. Для определения
частот проделаем следующие шаги:

1.Поставим курсор в ячейку С2.

2.Выберем Вставка,
Функция.

Выберем в категории
Статистические функции
функцию Частота и
нажмём ОК.

3.В поле данных
укажем ячейки А2:А31, а в поле интервалов
В2:В10.

4.Нажмём кнопку ОК.

5.Выделим ячейки
С2:С10.

6.Нажмём F2,
а затем комбинацию клавиш Shift+Ctrl+Enter.

В ячейках С2:С10 появятся
частоты.

Вычислим накопленные
частоты, которые потребуются для
дальнейших расчётов, путём последовательного
суммирования локальных частот (нарастающим
итогом). Так, первая плюс вторая частоты
дают накопленную частоту второго
варианта (1+2=3); прибавляя к ней третью
частоту, получим накопленную частоту
третьего варианта (3+4=7) и т.д.

Скопируем полученный
в Excel
вариационный ряд и построим таблицу.

Таблица 2

Дискретный вариационный ряд распределения
затрат труда на 1 ц зерна

Варианты	Частоты	Накопленные частоты
0,7	1	1
0,8	2	3
0,9	4	7
1,0	5	12
1,1	6	18
1,2	4	22
1,3	3	25
1,4	3	28
1,5	2	30

Построим
полигон распределения частот с помощью
Мастера
диаграмм.
Выберем точечную диаграмму, соединим
полученные точки отрезками, а крайние
точки с осью абсцисс в точках, отстоящих
от крайних на расстоянии шага.

Рис.
1. Полигон распределения сельскохозяйственных
предприятий по затратам труда на 1 ц
зерна

Рассмотрим
построение интервального вариационного
ряда.

Рис. 2. Построение интервального
вариационного ряда

На
листе Excel в ячейку А1 записываем условное
обозначение факторного признака – х,
в ячейки А2:А31 – значения факторного
признака – урожайности озимой пшеницы.
Произведём сортировку данных, для чего
выделяем диапазон данных, выбираем
Данные – Сортировка и в появившемся
окне «Сортировка диапазона» указываем
«по возрастанию», нажимаем ОК. Данные
в ячейках А2:А31 расположатся в ранжированном
порядке по возрастанию признака. По
формуле Стерджесса определяем количество
групп (интервалов). Для вычисления
десятичного логарифма lg30 выбираем
Мастер функций – Математические –
LOG10. В появившемся окне в поле Число
записываем число 30, десятичный логарифм
которого необходимо найти. Нажатием ОК
получаем этот логарифм 1,477121. . Подставляя
числовые данные в формулу (1), получим
число групп (интервалов) 5,9, округляем
до 6. По формуле (2) определяем величину
интервалов – шаг с такой же точностью,
с которой даны исходные данные (в данном
случае с точностью до десятых:
(30-20)/6≈1,7. Следовательно, совокупность
надо разбить на 6 интервалов. Получаем
шаг 1,7. Озаглавим следующие столбцы в
Excel словами «Интервалы», «Частоты»,
«Накопленные частоты», «Середины
интервалов». В ячейку В2 вписываем
минимальное значение признака Х_min=20,
в ячейку В3 формулу =В2+1,7, т.е. минимальное
значение плюс шаг. Копируем эту формулу
на 5 строк вниз. В результате в этих шести
строках (В3:В8) получим верхние границы
всех интервалов. Нижними границами
интервалов будут данные в соседних
верхних ячейках, т.е. для первого интервала
нижней границей будет содержание ячейки
В2, для второго В3 и для шестого В7.

Для
расчёта частот выберем Сервис — Анализ
данных – Гистограмма и нажмём ОК. В
появившемся окне «Гистограмма» в поле
«Входной интервал» копируем исходные
данные (ячейки А2:А31), в поле «Интервал
карманов» — верхние границы интервалов
(ячейки В3:В8), в поле «Выходной интервал»
ячейки частот (С3:С8), нажимаем ОК. В ячейки
D3:D8 будут записаны частоты для всех
шести интервалов. Накопленные частоты
подсчитываем нарастающим итогом.

Для
построения диаграммы необходимо найти
середины интервалов. Для этого вводим
формулу расчёта середины интервала:
,
рассчитаем середину первого интервала.
Копируем формулу для остальных пяти
групп.

Для
построения диаграммы выделяем массив
частот и середин интервалов.
Далее в
Мастере диаграмм выбираем вид диаграммы
— гистограмму определённого вида.
Нажимаем кнопку Далее. В появившемся
окне выбираем вкладку Ряд, удаляем ряд
1, а в поле «Подписи оси х» копируем
середины интервалов. Нажимаем далее, в
появившемся окне выбираем вкладку
Заголовки. В поле «ось х (категорий)»
вписываем название факторного признака
(в данном случае урожайность, ц/га), в
поле «Ось у (значений)» вписываем частоты.
Нажимаем Далее, Готово. Появится
диаграмма, состоящая из столбиков,
отделённых друг от друга некоторым
зазором. Щёлкаем правой кнопкой мыши
на одном из столбиков диаграммы. В
раскрывающемся списке элементов щёлкаем
по кнопке Формат рядов данных. В
появившемся диалоговом окне активизируем
вкладку Параметры и в поле Ширина зазора
устанавливаем значение 0. Нажимаем ОК,
в результате чего гистограмма принимает
стандартный вид.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #