standarddeviationcalculator.net

Обновлено Бесплатно · работает в браузере

Формула стандартного отклонения

--- --- Methodology

Формул стандартного отклонения две, и отличаются они ровно одним символом в знаменателе. Ниже каждая разобрана по частям, показано, зачем в ней каждое действие, и прогонено на числах. Калькулятор под текстом считает по тем же формулам на ваших данных.

Разделяйте числа точкой с запятой, пробелами или переносами строк либо вставьте столбец из таблицы. Десятичный разделитель: запятая (4,5); если разделяете значения запятыми, ставьте после них пробел (4,5, 6,1). Отрицательные числа допустимы; 10:3 означает значение, которое встречается 3 раза.

Примеры:
Тип расчёта

Не знаете, что выбрать? Как выбрать между выборкой и генеральной совокупностью (на английском)

Стандартное отклонение (выборка)

2,13809

Обычно ваши значения отклоняются от своего среднего (5) примерно на 2,14 в большую или меньшую сторону, в тех же единицах, что и данные. В пределах одного стандартного отклонения от среднего, между 2,862 и 7,138, лежат 6 из 8 (75 %); для нормально распределённых данных около 68 %.

СО генеральной совокупности (σ): 2, если эти значения представляют всю группу.

Количество (n)
8
Среднее (x̄)
5
Дисперсия (s²)
4,57143
Стандартная ошибка
0,755929
Минимум
2
Q1 (25 %)
4
Медиана
4,5
Q3 (75 %)
5,5
Максимум
9
Размах
7
Другие показатели (5)
Относительное СО (%RSD)
42,7618%
Коэффициент вариации
0,427618
Сумма (Σx)
40
Сумма квадратов, Σ(x − x̄)²
32
IQR (Q3 − Q1)
1,5

Распределение данных

0 2 4 6 8 10 среднее 5 −1 СО +1 СО 2: на 1,4 СО ниже среднего4: на 0,468 СО ниже среднего4: на 0,468 СО ниже среднего4: на 0,468 СО ниже среднего5: на уровне среднего5: на уровне среднего7: на 0,935 СО выше среднего9: на 1,87 СО выше среднего Значение

Затенённые полосы отмечают ±1, ±2 и ±3 СО от среднего. В пределах ±1 СО лежат 6 из 8 (75 %).

График в виде текста

Среднее 5, выборочное стандартное отклонение s = 2,13809; n = 8, значения от 2 до 9.

  • В пределах ±1 СО (от 2,862 до 7,138): 6 из 8 (75 %). Для нормальных данных около 68 %.
  • В пределах ±2 СО: 8 (100 %). Для нормальных данных около 95 %.
  • В пределах ±3 СО: 8 (100 %). Для нормальных данных около 99,7 %.
Показать решение по шагам

Две формулы: выборочная и генеральная

Выборочное стандартное отклонение

s = √[ Σ(x − x̄)² ⁄ (n − 1) ]

  • s: стандартное отклонение выборки
  • x: отдельное значение; x̄: выборочное среднее
  • n: объём выборки; n − 1: число степеней свободы

Генеральное стандартное отклонение

σ = √[ Σ(x − μ)² ⁄ N ]

  • σ: стандартное отклонение совокупности
  • μ: генеральное среднее; N: объём совокупности

Чтение обеих формул одинаковое, от центра наружу: найдите среднее, измерьте, насколько каждое значение от него отстоит, возведите отклонения в квадрат, усредните и извлеките корень. Если перед вами выборка из более крупной группы (почти всегда в учебных задачах) — формула с n − 1. Если перед вами вся интересующая группа целиком — формула с N.

Каждый символ формулы

СимволНазваниеЧто делает
xЗначениеПо очереди стоит за каждое число в данных.
x̄ / μСреднееВыборочное среднее пишут x̄ («x-счерка»), генеральное μ («мью»).
x − x̄ОтклонениеНасколько значение отстоит от среднего: ниже — отрицательное, выше — положительное.
(x − x̄)²Квадрат отклоненияДелает все слагаемые неотрицательными и сильнее штрафует далёкие значения.
ΣСумма«Сложить всё это».
n − 1Степени свободыИсправление Бесселя для выборки; у совокупности вместо него стоит N.
√КореньВозвращает результат в исходные единицы данных.

О том, как пишутся и произносятся σ, s, Sx и их соседи, — в справке по обозначениям.

Пример расчёта обеими формулами

Данные: 2; 4; 4; 4; 5; 5; 7; 9 — классический учебный набор, потому что генеральная величина получается целым числом.

  1. Среднее. Сумма 40, значений 8, значит x̄ = 40 ÷ 8 = 5.
  2. Отклонения. −3; −1; −1; −1; 0; 0; 2; 4.
  3. Квадраты отклонений. 9; 1; 1; 1; 0; 0; 4; 16. Их сумма Σ(x − x̄)² = 32.
  4. Генеральная формула. 32 ÷ 8 = 4, корень: σ = 2.
  5. Выборочная формула. 32 ÷ 7 = 4,5714, корень: s ≈ 2,138.

Единственная разница между двумя ответами — знаменатель: 8 против 7. Вставьте числа в калькулятор и переключите режим: только знаменатель поменяется.

Формулы для копирования

Одной строкой в Unicode — пригодится в Word, Google Docs и в переписке:

  • s = √(Σ(x − x̄)² / (n − 1))
  • σ = √(Σ(x − μ)² / N)

В LaTeX для редакторов формул (в Google Docs — Вставка → Формула, в Word — Alt + =):

  • s = \sqrt{\frac{\sum (x_i - \bar{x})^2}{n-1}}
  • \sigma = \sqrt{\frac{\sum (x_i - \mu)^2}{N}}

Правило эмпирических долей: 68, 95, 99,7

Для нормального распределения стандартное отклонение предсказывает, какая доля данных лежит рядом с серединой: ±1σ — около 68 %, ±2σ — около 95 %, ±3σ — около 99,7 %. Поэтому выбросы часто считают в стандартных отклонениях: точка дальше 3σ от среднего попадает в наружные 0,3 % данных. Графически это видно на графике распределения (на английском).

Тот же расчёт в Excel, Python и R

ИнструментВыборка (n − 1)Совокупность (N)
ExcelДИСПРЕЖИМВ (STDEV.S)ДИСПГЕРОМ (STDEV.P)
NumPynp.std(a, ddof=1)np.std(a)
Rsd(x)sd(x) × √((n − 1) ⁄ n)

Самая частая причина «несовпадения» ответа в программе — выбор неверного знаменателя по умолчанию: NumPy по умолчанию считает генеральную величину, а pandas R — выборочную. Официальные имена функций в локализованных Excel различаются — ищите через англоязычные STDEV.S / STDEV.P.

Где дальше искать

Веса формул и другие варианты — для группированных данных, среднего абсолютного отклонения и распределений — собраны в англоязычной справке по формулам (на английском). Все вычисления идут в браузере, данные никуда не отправляются.

Частые вопросы

Какая формула стандартного отклонения

Для выборки: s = √[ Σ(x − x̄)² / (n − 1) ]. Для генеральной совокупности: σ = √[ Σ(x − μ)² / N ]. Обе формулы одинаковы, кроме знаменателя: у выборки деление на n − 1, у совокупности — на N.

Почему отклонения возводят в квадрат?

Потому что отклонения выше и ниже среднего в сумме всегда равны нулю: в среднем по их знакам разброс всегда получился бы нулевым. Возведение в квадрат делает все слагаемые неотрицательными, и они перестают сокращаться. Дополнительно оно усиливает влияние далёких отклонений — далёкое вдвое значение даёт в четыре раза больший вклад.

Зачем делить на n − 1, а не на n?

Среднее выборки вычисляется по тем же данным, и потому оно по определению ближе к ним, чем истинное среднее совокупности. Отклонения от него получаются чуть заниженными, и деление на n − 1 (исправление Бесселя) устраняет это систематическое смещение. При больших n разница ничтожна: при n = 100 она 1 %, при n = 30 — 3,4 %, при n = 5 — 25 %.

Чем формула стандартного отклонения отличается от формулы дисперсии?

Дисперсия — это всё, что под корнем; стандартное отклонение — корень из дисперсии. Единственная практическая разница в единицах: дисперсия квадратируется (кг²), а стандартное отклонение остаётся в исходных единицах (кг).

Какая формула быстрее считается на компьютере?

«Быстрая» однопроходная формула s² = [ Σx² − (Σx)²/n ] / (n − 1) на бумаге удобна, но на компьютере вычитает два близких больших числа и теряет точность: на данных вида 1000000,1; 1000000,2; 1000000,3 она может дать нулевую или даже отрицательную дисперсию. Этот сайт считает по отклонениям от среднего алгоритмом Велфорда — см. методологию (на английском).