偏态分布的平均值和中位数为何会不相等?
在六西格玛课堂中,有同学提出了一个问题:偏态分布的平均值和中位数为什么不相等?

要回答这个问题,我们需要先理解平均值和中位数的定义及计算原理,再了解它们在不同数据分布中的特性。今天,优思学院将通过直观的例子,深入探讨偏态分布的平均值和中位数为什么会出现差异。

在统计学中,偏态分布是指数据没有对称地分布在中心位置周围。根据百度百科的定义:

偏态分布是与「正态分布」相对、分布曲线左右不对称的数据次数分布,是连续随机变量概率分布的一种。可以通过峰度和偏度的计算衡量偏态程度,并可分为正偏态和负偏态。前者的曲线右侧较长,左侧较短;后者的曲线左侧较长,右侧较短。

正是这种不对称性,可能导致平均值和中位数出现差异。

什么是偏态分布?

偏态分布是指数据分布不对称,其中一侧的尾部比另一侧更长或更重。这种不对称可能由异常值、极端值或数据本身的特定趋势引起。

偏态分布通常分为两种:

  • 正偏态(右偏):分布的尾部向右侧延伸;
  • 负偏态(左偏):分布的尾部向左侧延伸。
正偏态、对称分布和负偏态示意图

平均值和中位数的定义

平均值是一组数据之和除以数据个数所得的结果。

中位数是将一组数据按大小顺序排列后,位于中间位置的数值。如果数据个数为偶数,中位数就是中间两个数值的平均值。

平均值和中位数都是用来衡量数据集中趋势的统计量,但它们对极端值的敏感程度不同。

平均值和中位数的比较

在对称分布中,平均值和中位数通常相等。我们来看看下面这组数据:

4;5;6;6;6;7;7;7;7;7;7;8;8;8;9;10

以上数据可以用下面的直方图表示。每个区间的宽度为1,每个数值都位于相应区间的中间。

对称数据分布直方图
对称分布直方图

直方图显示了数据的对称分布。如果能够在直方图中的某个位置画出一条垂直线,并且垂直线左右两侧的形状互为镜像,就可以认为该分布是对称的。

这组数据的平均值、中位数和众数均为7。因此,在这个完全对称的分布中,平均值和中位数相同。

然而,在偏态分布中,平均值和中位数可能不相等。这是因为平均值容易受到极端值影响,而中位数受到极端值的影响相对较小。

我们再来看另一组数据:

6;7;7;7;7;8;8;8;9

如下图所示,这组数据的分布并不完全对称,而是呈现一定程度的右偏

右偏分布示例

这组数据的平均值约为7.44,中位数为7,众数也是7。由于较大的数值位于分布右侧,平均值被向右拉高,因此平均值大于中位数。

一般来说:

  • 当数据呈左偏分布时,平均值通常小于中位数;
  • 当数据呈右偏分布时,平均值通常大于中位数。

偏态分布中的平均值、中位数和众数

在正偏态分布中,大部分数据集中在分布左侧,尾部向右侧延伸,因此也被称为右偏分布。

理解偏态分布时,可以记住两个重点:

  • 偏态分布的长尾会把平均值拉向长尾方向。
  • 在典型的单峰偏态分布中,中位数通常位于平均值和众数之间。

例如,在一组薪资数据中,少数人的极高薪资会明显提高整体平均工资,但对中位数的影响较小。

中位数工资所表达的意义是:大约50%的人工资高于该数值,另外约50%的人工资低于该数值。因此,在分析薪资、房价等容易出现极端值的数据时,中位数通常更能反映多数人的实际情况。

偏态分布中的平均值、中位数和众数

偏态分布的程度与极端值的数量和大小有关。极端值越多、程度越明显,数据分布通常也会越倾斜。

这些极端值会直接参与平均值的计算,因此可能显著改变平均值;中位数主要取决于数据排列后的中间位置,所以受到的影响相对较小。

结论

偏态分布的平均值和中位数通常不相等,主要原因是数据分布具有不对称性。分布尾部的极端值会将平均值拉向长尾方向,而中位数对极端值没有那么敏感。

了解平均值与中位数之间的差异,有助于我们更准确地解释数据。面对薪资、房价、交付时间、维修时间和质量损失等容易出现偏态的数据时,只看平均值可能产生误导,此时应结合中位数、众数和分布形状进行判断。

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