Теория вероятности

Смещение выборки и репрезентативность

Типовой вопрос: «опросили таких-то людей, и оценка скорее всего будет завышена, занижена или точна?» Чтобы ответить, нужно понять, чем выборка отличается от всех.

Генеральная совокупность и выборка

  • Генеральная совокупность — все объекты, о которых мы хотим сделать вывод: все старшеклассники школы, все клиенты банка.
  • Выборка — те объекты, которые мы реально наблюдали.
  • Выборка репрезентативна, если по нужному признаку она устроена так же, как совокупность. Надёжнее всего этого добиться случайным отбором, когда у каждого объекта одинаковые шансы попасть в выборку.
  • Стратифицированная выборка: совокупность делят на группы (классы, регионы) и из каждой случайно берут число объектов пропорционально её размеру.

Большая выборка не исправляет смещение. Миллион ответов из неправильно отобранной группы даёт неправильный ответ, просто очень уверенно.

Виды смещений

СмещениеСутьПример
Ошибка отборав выборку чаще попадают люди с определённым значением признакасколько школьники занимаются спортом, спрашивают в секции футбола → оценка завышена
Ошибка выжившеговидим только тех, кто «дожил» до наблюдения«у успешных стартапов основатели бросили вуз», а неуспешных никто не изучал
Добровольный откликотвечают те, кому тема важнаопрос о чате поддержки в приложении проходят активные пользователи
Неответчасть выборки отказалась отвечать, и они особенныезанятые люди не отвечают на долгий опрос о свободном времени
Недоохватчасть совокупности вообще не могла попасть в выборкучисло заболевших считают по госпитализациям: лёгкие случаи не видны
Время и местонаблюдение в нетипичный моментпосетителей парка считают в воскресенье и умножают на 7
Социальная желательностьлюди отвечают «правильно», а не честнозанижают время в соцсетях, завышают время на спорт

Как определить направление смещения

  1. Что измеряется? Например, часы чтения.
  2. Кто попал в выборку и чем он отличается от всех по этому признаку? Футболисты из секции занимаются спортом больше.
  3. Значит, оценка сдвинута в их сторону: завышена.

Ответ «может быть как завышена, так и занижена» правильный, когда выборка отличается по признаку в обе стороны или когда никакого механизма отбора не видно.

Типичная задача: две смещённые выборки

Нужно узнать, какая доля жителей города пользуется и такси, и каршерингом. Один исследователь опрашивает людей на стоянке такси, другой — у машин каршеринга. Каждая выборка состоит только из пользователей одного сервиса, поэтому ни одна не показывает долю среди всех жителей. Да и смещены они по-разному. Какая оценка ближе к правде, по таким данным сказать нельзя. Правильный ответ — «недостаточно данных».

Типичная задача: «помогают ли репетиторы»

Сравнивают оценки тех, кто занимался с репетитором, и тех, кто не занимался. У занимавшихся оценки хуже, но не потому что репетиторы вредят: к ним чаще идут те, у кого и так проблемы с предметом. Это смещение отбора, и прямое сравнение недооценивает пользу занятий.

Правильные показатели

Похожие вопросы: «какие показатели подходят для исследования связи X и Y по регионам». Подходящие показатели:

  • нормированы на размер: на 1000 жителей, доля, на душу населения;
  • измеряют именно то, о чём вопрос: заболеваемость, а не смертность, если речь о возникновении болезни;
  • устойчивы: средняя концентрация, а не максимум за один день.

Ещё примеры

Чтобы оценить, сколько жители города тратят на кафе, опросили людей в кафе в будний день в 11:00. Как сместится оценка?

Завышена: в выборку попали только те, кто ходит в кафе, причём в 11 утра в будни — люди со свободным графиком. Те, кто в кафе не ходит совсем, в опрос не попали.

Средний стаж сотрудников считают по тем, кто работает в компании сейчас. Почему это может обмануть?

Ушедшие не попадают в выборку (ошибка выжившего). Если ушедшие работали недолго, «стаж работника» получится завышенным.