Charakteristiky souboru dat

Charakteristiky získaného souboru dat bývají podceňovány, nicméně jejich význam je nenahraditelný a u nich by mělo začít každé další zpracování. Podávají nám sumarizované a reprezentativní informace o obsáhlých a okometricky nepojmutelných závalech obvykle “nic neříkajících” čísel. Drtivou většinu z nich umí vytvořit MS Excel pomocí funkcí, nebo si můžete výpočet jednoduše udělat sami, pokud víte, jak se daná charakteristika vypočítá 🙂

Charakteristiky polohy

• aritmetický průměr (PRŮMĚR), který je definován na intervalové stupnici, se vypočítá jako podíl součtu měřených hodnot (SUMA) a počtu měření (POČET)

Vzhledem k tomu, že většina lidí má tendenci chápat oblast okolo průměru jako hodnoty nejčastěji se vyskytující v souboru dat, je vhodné průměr doplnit o další ukazatele, které nás z tohoto omylu rychle vyvedou:

• medián (MEDIAN), který je definován na ordinální stupnici, je hodnotou, která dělí data do dvou skupin o stejném počtu měření
• kvartily (QUARTIL) jsou odvozeny od mediány a jsou to hodnoty, které oddělují nikoliv poloviny měření (jako je tomu o mediánu; medián = hranice 2. kvartilu), ale čtvrtiny
• percentily (PERCENTIL) jsou taktéž odvozeninou od mediánu, ale dělí soubor na setiny pozorování
• modus (MODE), který je definován na nominální stupnici, je nejčastěji se vyskytující hodnotou; modů může být v souboru více

Nezapomínejme, že svůj význam při hodnocení mají i další základní ukazatelé, kterými jsou minimum (MIN) nebo maximum (MAX). Stejně tak nás často zajímají charakteristiky centrální tendence z výše uvedených ukazatelů, pokud máme větší počet výběrů z jednoho základního souboru. Obvykle se používá k validaci provedeného výběru, kupříkladu s cílem kalibrace. Nejčastěji se v tomto případě používá aritmetického průměru z průměrů vypočítaných z většího počtu měření z více výběrů.

MS Excel umí i některé další funkce, např:

• TRIMMEAN, který počítá průměr po odečtení stanoveného procenta maximálních a minimálních měřených hodnot, využít jej tedy můžete, když předpokládáte, že Vaše měření obsahuje odlehlé hodnoty (tedy takové, které na většinu Vámi změřených dat nesedí a předpokládáte, že vznikly souhrou náhod, chybou přístroje, Vaší nepozorností, atp. – k detailnějšímu zamyšlení o odlehlých hodnotách viz lineární regrese)

Charakteristiky variability

Charakteristiky polohy nás informují o “průměrné” charakteristice souboru dat. Získaná data však obvykle obsahují i pozorování, která jsou od hodnoty “průměru” značně odlišná. Charakteristiky vnitřní odlišnosti dat jsou tak stejně důležité. K základním patří:

• rozsah, což je oblast dat mezi minimální a maximální hodnotou
• rozptyl neboli variance je průměrná hodnota čtverce (POWER) odchylky měření od průměru a počítá se jinak pro základní soubor (VAR.P) a výběrový soubor (VAR.S)
• směrodatná odchylka je druhou odmocninou z rozptylu; jelikož se liší výpočet rozptylu pro základní a výběrový soubor, má MS Excel samostatné funkce pro výpočet směrodatné odchylky pro základní soubor (SMODCH.P)  a výběrový soubor (SMODCH.VÝBĚR.S), pokud uvádíte průměr, pak byste k němu měli uvést i hodnotu jeho směrodatné odchylky, neboť ta je v jednotkách průměru
• variační koeficient je podíl směrodatné odchylky a hodnoty průměru a používá se v případě, když chcete porovnat variabilitu dvou proměnných, které mají různé jednotky

Oblíbenou grafickou vizualizací charakteristik polohy a variability je často krabicový graf (box-plot). Podle typu dat zobrazuje různé z výše uvedených hodnot. Ani jednu variantu však MS Excel jednoduše sám “vyrobit” neumí a je nutné si data sama/sám připravit. Nejjednodušší případ box-plotu, který zobrazuje bodem hodnotu mediánu, “krabicí” 1. a 3. kvartil a “vousy” minimální a maximální hodnotu. V tomto případě vycházíme ze sloupcového grafu, kde boxy jsou de facto částí sloupce podle 1. 2. a 3. kvartilu a “vousy” jsou konstruovány jako chybové úsečky. Z tohoto je zřejmé, že pro konstrukci takového box-plotu potřebujeme umět z dat vypočítat charakteristiky polohy a umět pracovat s grafy MS Excel. Výpočet potřebných údajů je na videu, stejně jako tvorba vlastního box-plotu na druhé části videa.

Výpočet potřebných údajů pro sestavení box-plotu (nějak mi tam ujel medián u veg3, ale to pro naše potřeby nevadí).

Vytvoření box-plotu ze sloupcového skládaného grafu.

Doma si můžete instalovat doplněk Real Statistics, kde je na tento základní případ nástroj BoxPlot – schopen je pracovat i se zápornými daty. “Pravé” box-ploty mohou označovat různé hodnoty (tabule) – k tomu ale budete muset využít jiný software než je MS Excel.

Přehled základnách typů box-plotů.

Charakteristiky četností

Četnost znamená počet výskytu daného jevu (např. samců), hodnoty (např. kategorie “velmi mnoho” nebo teploty 0°C) nebo intervalu hodnot (např. pH 3,5-4) v souboru dat. Četnosti mohou být vyjádřeny dvěma způsoby: (1) absolutně = počet hodnot v každé kategorii (výstupem takovéhoto zpracování je obvykle tabulka), (2) relativně = počet hodnot v každé kategorii je vydělen celkovým počtem měření, tedy celkový součet je 1 nebo 100, pokud každý podíl vynásobíte stem – jde o procenta (těchto výstupů se volí pro konstrukci poměrových grafů – koláčové, skládané sloupcové nebo pruhové).

Základním nástrojem pro četnostní zpracování nominálních, ordinálních a dopředu kategorizovaných intervalových či poměrových dat je kontingenční tabulka. Ty mohou být jednorozměrné = pro jednu proměnnou (tabule) nebo dvou a více rozměrných = pro dvě nebo více proměnných (tabule) – v základním kurzu se naučíme hodnotit jen dvourozměrné tabulky.

Princip tvorby dvourozměrné kontingenční tabulky.

Vícerozměrná kontingenční tabulka.

Nejčastěji používáme dvě proměnné a rozdíly v nich pak testujeme pomocí testu dobré shody. Video základní práce s nominálními a ordinálními daty.

Práce s nominálními a ordinálními daty v kontingenční tabulce.

Pokud chceme stejným způsobem zpracovat intervalová a poměrová data, je z nich třeba nejprve vytvořit kategorie – viz tabule.

Kategorizace poměrových proměnných.

Možností jak toho v MS Excel dosáhnout je více. Nejjednodušeji ale zároveň nejpracnější je ruční nahrazování (takto to dělat nebudeme). Nejrychlejší postup je přes funkci ČETNOSTI (stačí si do volného sloupce stanovit hranice intervalů a MS Excel Vám vyhodí počty měření v jednotlivých intervalech). Druhou, komplikovanější možností je použití funkce COUNTIF, což je asi nejgeniálnější funkce MS Excel, která toho umí strašně mnoho a budete-li v budoucny někdy řešit komplikovanější úlohy, pak se bez ní neobejdete, nicméně zde by to znamenalo počítat četnosti postupně pro jednotlivé kategorie (funkce ČETNOSTI je v tomto případě elegantnější). Postup je zdlouhavý a my jej dělat nebudeme, pokud se to chcete naučit tak tady je externí videonávod a to, co potřebujete vědět, je ve stopáži 27:50 až 39:20. Obě výše uvedené funkce Vám však vrátí jednorozměrnou kontingenční tabulku, což bude často problém pro Vaše další výpočty – Vy často budete chtít přiřadit kategorii ke konkrétnímu měření. Toho lze dosáhnout funkcí, kterou už známe z databází, a to SVYHLEDAT, kde jako typ zadáte hodnotu 1 (jinak je postup stejný jako u spojování tabulek, POZOR!!! zadává se spodní hranice intervalu) – video.

Použití funkce SVYHLEDAT pro vytvoření kategorií.

Kontingenční tabulka má pro poměrová data ještě jednu výhodu. Jste pomocí ní schopni získávat velmi rychle charakteristiky polohy i variability pro Vámi zvolené kategorie – model využití je na videu.

Kategorizované charakteristiky polohy a variability v kontingenční tabulce.

Druhým nástrojem pro posouzení četností je histogram. Jedná se o graf četností. Obvykle na ose x jsou kategorie a na osu y jsou vynášeny hodnoty četností. Stejně jako u kontingenčních tabulek, tyto četnosti mohou být vyjádřeny absolutně nebo relativní stupnici. Lze do jednoho histogramu vynést více proměnných (měřených na stejné stupnici a kategorizovaných do stejných intervalů či kategorií). Samozřejmě, že když se jedná o ordinální nebo kategorizovaná poměrová data, tak na ose x jsou kategorie řazeny obvykle vzestupně. Vytvoření histogramu v MS Excel není v základu možné. Lze k jeho vytvoření použít výše zmíněné funkcí četnosti COUNTIF. Ale optimální je využití kategorizace provedené přes SVYHLEDAT. Užití si ukažme na pokračování příkladu ke kategorizaci poměrové proměnné – video.

Vytvoření histogramu v MS Excel.

Další možností je využití vytvoření histogramu přes kartu Vložit – histogram nebo nástroje Histogram na kartě Analýza dat, ale k ní se ale dostaneme až časem.

Dalším způsobem vyjádření četností histogramem je tzv. kumulativní histogram. V něm jsou postupně načítány hodnoty předchozích k následujícím kategoriím. Pokračujme v předchozím příkladu na videu. Kumulativní relativní četnosti budeme potřebovat při výpočtech nutných k posouzení normality dat.

Vytvoření histogramu kumulativních četností.

Histogramů se také často používá, když chceme rychle okometricky posoudit, jaké rozložení naše hodnoty mají. K tomu se dostaneme u náhodných veličin.