In der Statistik werden die Freiheitsgrade verwendet, um die Anzahl unabhängiger Größen zu definieren, die einer statistischen Verteilung zugeordnet werden können. Diese Zahl bezieht sich normalerweise auf eine positive ganze Zahl, die darauf hinweist, dass die Fähigkeit einer Person, fehlende Faktoren aus statistischen Problemen zu berechnen, nicht eingeschränkt ist.
Freiheitsgrade dienen als Variablen bei der endgültigen Berechnung einer Statistik und werden verwendet, um das Ergebnis verschiedener zu bestimmen Szenarien in einem System und in mathematischen Freiheitsgraden definieren die Anzahl der Dimensionen in einer Domäne, die zur Bestimmung der benötigt wird voll Vektor.
Um das Konzept eines Freiheitsgrades zu veranschaulichen, betrachten wir eine grundlegende Berechnung bezüglich der Stichprobe Mittelwert, und um den Mittelwert einer Liste von Daten zu finden, addieren wir alle Daten und dividieren durch die Gesamtzahl von Werte.
Eine Illustration mit einem Beispielmittelwert
Nehmen wir für einen Moment an, wir kennen das
bedeuten eines Datensatzes ist 25 und die Werte in diesem Satz sind 20, 10, 50 und eine unbekannte Zahl. Die Formel für einen Stichprobenmittelwert gibt uns die Gleichung (20 + 10 + 50 + x) / 4 = 25, wo x bezeichnet das Unbekannte mit etwas Grundlegendem Algebrakann man dann feststellen, dass die fehlende Nummer, xist gleich 20.Lassen Sie uns dieses Szenario leicht ändern. Wieder nehmen wir an, dass wir wissen, dass der Mittelwert eines Datensatzes 25 ist. Diesmal sind die Werte im Datensatz jedoch 20, 10 und zwei unbekannte Werte. Diese Unbekannten können unterschiedlich sein, daher verwenden wir zwei verschiedene Variablen, x, und y, um dies zu bezeichnen. Die resultierende Gleichung lautet (20 + 10 + x + y) / 4 = 25. Mit etwas Algebra erhalten wir y = 70- x. Die Formel ist in dieser Form geschrieben, um zu zeigen, dass wir einen Wert für auswählen x, der Wert für y ist vollständig bestimmt. Wir müssen eine Wahl treffen, und dies zeigt, dass es eine gibt Freiheitsgrad.
Jetzt sehen wir uns eine Stichprobengröße von einhundert an. Wenn wir wissen, dass der Mittelwert dieser Beispieldaten 20 beträgt, aber die Werte der Daten nicht kennen, gibt es 99 Freiheitsgrade. Alle Werte müssen sich zu insgesamt 20 x 100 = 2000 addieren. Sobald wir die Werte von 99 Elementen im Datensatz haben, wurde das letzte bestimmt.
Student T-Score und Chi-Quadrat-Verteilung
Freiheitsgrade spielen eine wichtige Rolle bei der Verwendung der Schüler t-score Tabelle. Es gibt tatsächlich mehrere T-Score Verteilungen. Wir unterscheiden diese Verteilungen anhand von Freiheitsgraden.
Hier die Wahrscheinlichkeitsverteilung Die Verwendung hängt von der Größe unserer Stichprobe ab. Wenn unsere Stichprobengröße ist ndann ist die Anzahl der Freiheitsgrade n-1. Zum Beispiel würde eine Stichprobengröße von 22 erfordern, dass wir die Zeile von verwenden t-score Tabelle mit 21 Freiheitsgraden.
Die Verwendung von a Chi-Quadrat-Verteilung erfordert auch die Verwendung von Freiheitsgrade. Hier in identischer Weise wie bei der T-Score Verteilung bestimmt die Stichprobengröße, welche Verteilung verwendet werden soll. Wenn die Stichprobengröße ist n, dann gibt es n-1 Freiheitsgrade.
Standardabweichung und fortgeschrittene Techniken
Ein weiterer Ort, an dem Freiheitsgrade angezeigt werden, ist die Formel für die Standardabweichung. Dieses Ereignis ist nicht so offenkundig, aber wir können es sehen, wenn wir wissen, wo wir suchen müssen. Zu Finden Sie eine Standardabweichung Wir suchen nach der "durchschnittlichen" Abweichung vom Mittelwert. Nachdem wir jedoch den Mittelwert von jedem Datenwert subtrahiert und die Differenzen quadriert haben, dividieren wir am Ende durch n-1 eher, als n wie wir es erwarten könnten.
Die Anwesenheit der n-1 kommt aus der Anzahl der Freiheitsgrade. Seit der n Datenwerte und der Stichprobenmittelwert werden in der Formel verwendet, es gibt n-1 Freiheitsgrade.
Fortgeschrittenere statistische Techniken verwenden kompliziertere Methoden zum Zählen der Freiheitsgrade. Bei der Berechnung der Teststatistik für zwei Mittelwerte mit unabhängigen Stichproben von n1 und n2 Elemente hat die Anzahl der Freiheitsgrade eine recht komplizierte Formel. Es kann unter Verwendung des kleineren von geschätzt werden n1-1 und n2-1
Ein weiteres Beispiel für eine andere Art, die Freiheitsgrade zu zählen, ist ein F. Prüfung. Bei der Durchführung eines F. Test haben wir k Proben jeder Größe n- Die Freiheitsgrade im Zähler sind k-1 und im Nenner ist k(n-1).