🎲 随机数生成器 & 统计特征分析

均匀分布 · 正态分布 · 指数分布 · 泊松分布 · 二项分布 · 对数正态 · Gamma · Beta

📊 统计特征

📈 频率分布直方图

频数 均值 中位数

🔢 随机数列表

📖 统计特征计算方法与意义

一、位置特征(集中趋势)

均值 x̄(Mean)

x̄ = (x₁ + x₂ + ⋯ + xₙ) / n = (1/n) · Σᵢ₌₁ⁿ xᵢ

反映数据的中心位置,是最常用的集中趋势度量。它对极端值敏感:当数据存在明显偏态或离群点时,均值可能被拉向尾部,无法代表大多数观测值,此时应参考中位数。

中位数 M(Median)

n 为奇数:M = x₍₍ₙ₊₁₎/₂₎  n 为偶数:M = (x₍ₙ/₂₎ + x₍ₙ/₂₊₁₎) / 2

将数据排序后位于正中间的值,是稳健的集中趋势度量。它不受极端值影响,适合描述偏态分布(如收入、房价)。当均值与中位数差异较大时,提示分布可能存在偏斜。

四分位数 Q₁、Q₃(Quartiles)

Q₁ = 25% 分位数  Q₃ = 75% 分位数(线性插值法)

把排序后的数据按 25%、50%、75% 位置切分。Q₁ 以下有 25% 的数据,Q₃ 以下有 75% 的数据。两者配合中位数可构成箱线图,直观展示数据的主体范围与偏斜方向。

二、离散程度(波动大小)

极差 R(Range)

R = max(x) − min(x)

最大值与最小值的差,反映数据的总跨度。计算简单但极易受极端值影响,只依赖两个观测值,通常作为辅助参考。

四分位距 IQR(Interquartile Range)

IQR = Q₃ − Q₁

中间 50% 数据的跨度,是稳健的离散度量。常用于识别离群点:通常把小于 Q₁ − 1.5·IQR 或大于 Q₃ + 1.5·IQR 的值视为异常值。

方差 s² / σ²(Variance)

样本方差:s² = Σᵢ₌₁ⁿ (xᵢ − x̄)² / (n − 1)  (无偏估计,分母 n−1)
总体方差:σ² = Σᵢ₌₁ⁿ (xᵢ − x̄)² / n  (分母 n)

各观测值与均值差的平方的平均值,衡量数据偏离均值的整体程度。分母用 n−1 是为了修正用样本均值代替总体均值带来的偏差(Bessel 校正)。方差量纲是原数据量纲的平方,解释性较弱。

标准差 s / σ(Standard Deviation)

s = √s²  σ = √σ²

方差的算术平方根,量纲与原始数据一致,是最常用的离散度量。正态分布下约 68% 的数据落在 x̄ ± s 内,约 95% 落在 x̄ ± 2s 内,约 99.7% 落在 x̄ ± 3s 内。

变异系数 CV(Coefficient of Variation)

CV = s / |x̄|

标准差与均值绝对值之比,是无量纲的相对离散度量。用于比较量纲不同或均值差异较大的两组数据的波动程度。CV 越小,数据越集中;一般 CV < 0.15 视为低波动。注意:均值接近 0 时 CV 会急剧放大,失去意义。

标准误 SEM(Standard Error of the Mean)

SEM = s / √n

样本均值的抽样分布的标准差,衡量用样本均值估计总体均值的精度。样本量越大,SEM 越小,估计越精确。常与均值一起报告,写作 x̄ ± SEM;95% 置信区间约为 x̄ ± 1.96·SEM。

三、分布形状

偏度 g₁(Skewness)

g₁ = [n / ((n−1)(n−2))] · Σᵢ₌₁ⁿ [(xᵢ − x̄) / s]³

衡量分布的不对称程度。正态分布的偏度为 0。
• g₁ > 0(右偏 / 正偏):长尾在右侧,均值 > 中位数,例如收入分布、指数分布。
• g₁ < 0(左偏 / 负偏):长尾在左侧,均值 < 中位数,例如考试成绩分布。
经验上 |g₁| < 0.5 视为近似对称,0.5 ~ 1 为中等偏斜,> 1 为高度偏斜。

峰度 g₂(Excess Kurtosis)

g₂ = [n(n+1) / ((n−1)(n−2)(n−3))] · Σᵢ₌₁ⁿ [(xᵢ − x̄) / s]⁴ − 3(n−1)² / ((n−2)(n−3))

衡量分布的尖峭程度与尾部厚度。这里给出的是超额峰度(减去了正态分布的峰度 3),正态分布的超额峰度为 0。
• g₂ > 0(尖峰厚尾):中心更尖、尾部更厚,极端值出现概率高于正态分布,例如金融收益率。
• g₂ < 0(平顶薄尾):中心更平、尾部更薄,例如均匀分布(超额峰度 −1.2)。
经验上 |g₂| < 0.5 视为峰态接近正态。

偏度与峰度的标准误

SE(g₁) = √[6n(n−1) / ((n−2)(n+1)(n+3))]
SE(g₂) = √[24n(n−1)² / ((n−2)(n−3)(n+3)(n+5))]

用于检验偏度、峰度是否显著偏离 0。构造 z = g / SE(g),若 |z| > 1.96(α = 0.05),则认为该分布与正态分布在相应形状指标上存在显著差异。样本量较小时(n < 8),这些标准误无定义。