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频数分布与直方图

➗ 数学与统计 作者 CampusDown 维基编辑部 最后更新
简要回答:频数分布是把定量数据分成若干区间(组),并记录每组中有多少个观测值;直方图则用相邻的矩形条把它画出来。它是最基本的描述统计工具,可以一眼看出数据的中心、离散程度、偏态和峰的个数。
目录
  1. 1. 编制频数分布表
  2. 2. 相对频数与累积频数
  3. 3. 直方图与条形图的区别
  4. 4. 选择组距的规则
  5. 5. 解读形状
  6. 6. 参考文献

编制频数分布表

  • 求全距:最大值 − 最小值。
  • 确定组数:通常为5到20组。斯特奇斯(1926)提出,对n个观测值取 k ≈ 1 + log₂n(n = 100时约为8组)。
  • 确定组距:用全距 ÷ 组数,并向上取整为便于使用的数值。各组不得重叠,且须覆盖全部数据(例如:60及以上、70以下)。
  • 统计频数:统计每组中的观测值个数,并记下组中值(区间的中点)。

相对频数与累积频数

相对频数是频数除以观测值总数,用于比较规模不同的群体。累积频数是从第一组累加到某一组的频数;通过其图形(累积频数曲线)可以大致读出中位数和百分位数。

直方图与条形图的区别

直方图表示连续定量数据的区间,因此矩形条彼此相接,每个条的面积与频数(或比例)成正比。组距不等时,纵轴应表示密度(相对频数 ÷ 组距)而不是频数。相反,条形图表示分类(定性)数据的各个类别,因此条与条之间是分开的,顺序也可以调换。“直方图”一词被认为出自卡尔·皮尔逊,他在1891年的一次讲座中使用了这个词。

选择组距的规则

组数太少会模糊分布的特征,组数太多则会使图形参差不齐。斯特奇斯公式假定数据大致服从正态分布,对于大数据集往往给出过少的组数。斯科特(1979)提出了基于标准差的组距(约 3.49·s·n−1/3),弗里德曼和迪亚科尼斯(1981)则提出了基于四分位距、对异常值不太敏感的组距(2·IQR·n−1/3)。

解读形状

从直方图可以看出数据是对称还是向右(正)或向左(负)偏斜,有一个峰还是多个峰,以及是否存在异常值。在收入这类右偏分布中,平均数大于中位数。同一组数据会因组距和起点不同而呈现不同的形状,因此最好用几种组距分别作图。

参考文献

  1. Pearson, K. (1895). Contributions to the mathematical theory of evolution. II. Skew variation in homogeneous material. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A, 186, 343-414.
  2. Sturges, H. A. (1926). The choice of a class interval. Journal of the American Statistical Association, 21(153), 65-66.
  3. Scott, D. W. (1979). On optimal and data-based histograms. Biometrika, 66(3), 605-610.
  4. Freedman, D., & Diaconis, P. (1981). On the histogram as a density estimator: L2 theory. Zeitschrift für Wahrscheinlichkeitstheorie und verwandte Gebiete, 57(4), 453-476.

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本文最后更新于2026年10月15日。内容依据公认的原著和教科书整理;在报告中引用时,请务必核对下方参考文献中的原始出处。