Ποια είναι η τυπική κανονική κατανομή στα στατιστικά στοιχεία;

Καμπύλες καμπάνας εμφανίζονται σε όλες τις στατιστικές. Διάφορες μετρήσεις όπως οι διάμετροι των σπόρων, τα μήκη των πτερυγίων ψαριών, οι βαθμολογίες στο SAT και τα βάρη των επιμέρους φύλλων μιας δεσμίδας χαρτιού, σχηματίζουν καμπύλες καμπάνας όταν αυτές είναι γραμμένες με γραφική παράσταση. Το γενικό σχήμα όλων αυτών των καμπυλών είναι το ίδιο. Όμως, όλες αυτές οι καμπύλες είναι διαφορετικές επειδή είναι πολύ απίθανο ότι κάποιο από αυτά έχει την ίδια μέση ή τυπική απόκλιση. Οι καμπύλες Bell με μεγάλες τυπικές αποκλίσεις είναι ευρείες και καμπύλες καμπάνας με μικρές τυπικές αποκλίσεις είναι κοκαλές. Οι καμπύλες Bell με μεγαλύτερα μέσα μετατοπίζονται περισσότερο προς τα δεξιά από εκείνες με μικρότερα μέσα.

Για να γίνει αυτό λίγο πιο συγκεκριμένο, ας υποθέσουμε ότι μετράμε τις διαμέτρους των 500 πυρήνων καλαμποκιού. Στη συνέχεια, καταγράφουμε, αναλύουμε και γράφουμε αυτά τα δεδομένα. Βρέθηκε ότι το σύνολο δεδομένων έχει σχήμα καμπύλης καμπάνας και έχει μέσο 1,2 cm με τυπική απόκλιση 0,4 cm. Τώρα υποθέστε ότι κάνουμε το ίδιο πράγμα με 500 φασόλια και διαπιστώνουμε ότι έχουν μια μέση διάμετρο 0,8 cm με τυπική απόκλιση 0,04 cm.

Οι καμπύλες κουδουνιών και από τα δύο αυτά σύνολα δεδομένων σχεδιάζονται παραπάνω. Η κόκκινη καμπύλη αντιστοιχεί στα δεδομένα του καλαμποκιού και η πράσινη καμπύλη αντιστοιχεί στα δεδομένα φασολιών. Όπως μπορούμε να δούμε, τα κέντρα και οι διαφορές αυτών των δύο καμπυλών είναι διαφορετικές.

Αυτές είναι σαφώς δύο διαφορετικές καμπύλες καμπάνας. Είναι διαφορετικά επειδή τα μέσα και τα μέσα τους τυπικές αποκλίσεις δεν ταιριάζουν. Δεδομένου ότι οποιαδήποτε ενδιαφέρουσα σύνολα δεδομένων συναντάμε μπορεί να έχει οποιοδήποτε θετικό αριθμό ως τυπική απόκλιση, και οποιοσδήποτε αριθμός για έναν μέσο, ​​είμαστε πραγματικά μόνο ξύσιμο της επιφάνειας ενός άπειρος αριθμός καμπυλών καμπάνας. Αυτές είναι πολλές καμπύλες και πάρα πολλοί για να αντιμετωπίσουμε. Ποια είναι η λύση;

Ένας στόχος των μαθηματικών είναι να γενικεύουν τα πράγματα όποτε είναι δυνατόν. Μερικές φορές αρκετά μεμονωμένα προβλήματα είναι ειδικές περιπτώσεις ενός μόνο προβλήματος. Αυτή η κατάσταση με καμπύλες καμπάνας είναι μια μεγάλη εικόνα αυτού. Αντί να ασχοληθούμε με έναν άπειρο αριθμό καμπύλων κουδουνιών, μπορούμε να τις συσχετίσουμε με μία καμπύλη. Αυτή η ειδική καμπύλη καμπάνας ονομάζεται κανονική καμπύλη καμπάνας ή κανονική κανονική κατανομή.

Η τυπική καμπύλη καμπάνας έχει μέση τιμή μηδέν και τυπική απόκλιση ενός. Κάθε άλλη καμπύλη καμπάνας μπορεί να συγκριθεί με αυτό το πρότυπο μέσω ενός a απλό υπολογισμό.

Όλες οι ιδιότητες οποιασδήποτε καμπύλης καμπάνας κρατούν για την κανονική κανονική κατανομή.

• Η κανονική κανονική κατανομή δεν έχει μόνο μέσο όρο μηδέν, αλλά και διάμεσο και μηδενικό τρόπο. Αυτό είναι το κέντρο της καμπύλης.
• Η κανονική κανονική κατανομή εμφανίζει συμμετρία καθρέφτη στο μηδέν. Η μισή καμπύλη είναι στα αριστερά του μηδέν και η μισή καμπύλη είναι στα δεξιά. Αν η καμπύλη διπλωθεί κατά μήκος μιας κάθετης γραμμής στο μηδέν, και τα δύο μισά θα ταιριάζουν τέλεια.
• Η κανονική κανονική κατανομή ακολουθεί τον κανόνα 68-95-99.7, ο οποίος μας παρέχει έναν εύκολο τρόπο εκτίμησης των ακόλουθων:
  • Περίπου το 68% όλων των δεδομένων είναι μεταξύ -1 και 1.
  • Περίπου το 95% όλων των δεδομένων κυμαίνεται μεταξύ -2 και 2.
  • Περίπου το 99,7% όλων των δεδομένων είναι μεταξύ -3 και 3.

Σε αυτό το σημείο, ίσως να ρωτάμε: "Γιατί να ασχοληθούμε με μια καμπύλη καμπάνας;" Μπορεί να φαίνεται σαν μια περιττή επιπλοκή, αλλά η καμπύλη του καμπάνα θα είναι ευεργετική καθώς συνεχίζουμε στα στατιστικά στοιχεία.

Θα διαπιστώσουμε ότι ένας τύπος προβλήματος στα στατιστικά στοιχεία απαιτεί να βρούμε περιοχές κάτω από τα τμήματα κάθε καμπύλης καμπάνας που αντιμετωπίζουμε. Η καμπύλη καμπάνας δεν είναι ωραίο σχήμα για τις περιοχές. Δεν είναι σαν ένα ορθογώνιο ή ορθογώνιο τρίγωνο που έχουν εύκολο τύπους περιοχής. Η εύρεση περιοχών των τμημάτων μιας καμπύλης κουδουνιών μπορεί να είναι δύσκολη, τόσο σκληρή, στην πραγματικότητα, ότι θα χρειαζόταν να χρησιμοποιήσουμε κάποιο λογισμικό. Αν δεν τυποποιήσουμε τις καμπύλες καμπάνας μας, θα πρέπει να κάνουμε κάποιο λογισμό κάθε φορά που θέλουμε να βρούμε μια περιοχή. Εάν τυποποιήσουμε τις καμπύλες μας, όλες οι εργασίες υπολογισμού των περιοχών έχουν γίνει για εμάς.