Пере Грима - Том13. Абсолютная точность и другие иллюзии. Секреты статистики

Вопрос на миллион

Очень часто при проведении исследований возникает вопрос: каким должен быть размер выборки, чтобы результатам можно было доверять? Ответ на этот вопрос зависит от нескольких параметров.

1. От желаемой точности результатов, иными словами от допустимой предельной ошибки. Если мы хотим получить результат с предельной ошибкой 1 %, размер выборки должен быть больше, чем при предельной ошибке в 4 %.

2. От желаемой надежности результата. Если нас устроит надежность 80 %, размер выборки будет меньше, чем для надежности в 95 %.

3. От истинного значения оцениваемой доли. На первый взгляд это может показаться странным, но размер выборки действительно зависит от истинного значения оцениваемой доли. Если в генеральной совокупности отсутствует вариация (100 % элементов совокупности равны между собой), для оценки значения будет достаточно одного элемента совокупности. Если, например, все шары в мешке белые или все черные, достаточно вытащить всего один шар, чтобы определить цвет всех шаров. Чем больше вариация, тем больше необходимый размер выборки. В наименее благоприятном случае объем выборки должен равняться 30 % генеральной совокупности. Мы предполагаем, чему равно искомое значение доли. Предпочтительнее дать этой величине оценку сверху. Если нам ничего не известно о генеральной совокупности либо мы придерживаемся консервативных методов, то можно предположить, что искомый объем выборки равен 50 % от генеральной совокупности. Если нам известно, что искомая доля меньше (например, доля домохозяйств, в которых есть факс), то можно предположить, что их доля равна 20 % (фактическое значение гарантированно будет меньше).

4. От размера генеральной совокупности. Если генеральная совокупность мала (допустим, менее 100000 единиц), а допустимая погрешность также невелика (1–2 %), с ростом размеров генеральной совокупности нам потребуется выборка большего размера. Однако для больших генеральных или для погрешности измерения в 5 % и выше влияние размера выборки будет практически незаметным. Эта тема является источником множества недоразумений, и далее мы расскажем о ней более подробно.

* * *

РАЗМЕР ВЫБОРКИ

Приведем формулу, связывающую все величины, необходимые для определения размера выборки:

где:

z α/2— значение, связанное с уровнем надежности. При надежности в 95 % (используется чаще всего) это значение равно 1,96. Иногда используется значение 2, соответствующее надежности 95,5 %.

р — оцениваемая доля;

q= 1 — р;

Е— предельная ошибка;

N— размер генеральной совокупности.

* * *

Теперь вам понадобится только редактор электронных таблиц — с его помощью легко проверить, как будет изменяться размер выборки при увеличении надежности или допустимой погрешности. Также нетрудно видеть, как на размер выборки влияют различные переменные. Можно построить таблицу, подобную той, что приводится ниже, которая уже содержит все необходимые данные.

Таблица, содержащая размеры выборки для надежности в 95 % в наименее благоприятном случае, когда p = q= 0,5.

Существует несколько весьма распространенных предположений о размере выборки, которые тем не менее полностью ошибочны. Например, результаты опросов иногда ставятся под сомнение, так как «выборка нерепрезентативна, потому что не охватывает даже 10 % совокупности». Подобные цифры, как, например, 10 % в этом случае, выбираются произвольно. Профессор Роберто Беар из Universidad del Valle в Кали (Колумбия) объясняет истинное положение вещей на нескольких наглядных примерах.

Нужно ли солить суп?

Мы готовим суп в небольшой кастрюле и, чтобы определить, готов ли он, пробуем его из ложки. Если к нам пришли гости и мы готовим суп в большой кастрюле, значит ли это, что суп нужно пробовать из большой ложки? Разумеется, нет. Мы используем одну и ту же ложку и пробуем суп одинаково, не важно, готовится ли он в маленькой кастрюле или в большой. Размер выборки не зависит от величины генеральной совокупности.

Однако вне зависимости от размера кастрюли нужно как следует перемешать суп, чтобы любая выборка содержала одну и ту же информацию. Перед тем как попробовать суп, важнее тщательно размешать его, а не взять ложку побольше. Это очевидно для всех. Также очевидно, что если мы не размешаем суп, то это не исправить, взяв ложку побольше. Если выборка нерепрезентативна, то увеличение ее размера не решает проблему.

Какая у меня группа крови?

Чтобы безошибочно определить группу крови человека, достаточно всего одной капли, так как все капли крови человека одинаковы. Однородность совокупности и в этом случае намного важнее размера выборки. И у новорожденного весом чуть больше 2,5 кг, и у его отца, который может весить больше 100 кг, на анализ берется один и тот же объем крови.

Однако связь между размером выборки и величиной генеральной совокупности можно оценить не только интуитивно, но и с помощью формулы. Если генеральная совокупность невелика, с увеличением ее размера объем выборки быстро возрастает, однако затем, начиная с определенного значения, он практически не меняется.

* * *

ЛЕВШИ ЖИВУТ МЕНЬШЕ (ИЛИ НЕТ?)

4 апреля 1991 года на первой странице газеты Washington Post была опубликована статья об исследовании, согласно которому левши в среднем живут на 9 лет меньше правшей. В исследовании использовались данные о продолжительности жизни левшей и правшей в двух округах штата Калифорния. Правши часто доживали до преклонного возраста, а среди левшей долгожителей было намного меньше.

Новость имела значительный эффект, и вскоре появились объяснения этому результату: якобы левши более подвержены определенным заболеваниям и чаще получают серьезные травмы. Одной из причин этому может быть тот факт, что все устройства, которые мы используем ежедневно, предназначены для правшей. Из-за этого левши чаще получают серьезные травмы, попадают в несчастные случаи и, как следствие, живут существенно меньше.

Однако в феврале 1993 года в журнале American Journal of Public Health была опубликована обширная статья, подкрепленная множеством источников, и всё сразу встало на свои места: разницу в продолжительности жизни можно объяснить разницей в распределении возраста левшей и правшей. В начале XX века левшей переучивали держать ручку, ложку и так далее в правой руке, поэтому на момент проведения исследования число пожилых левшей было крайне невелико. Следовательно, до преклонного возраста доживали немногие левши — не потому, что они умирали раньше, а потому, что их переучивали и они становились правшами. Эта статья не попала на передовицы газет, подтвердив правило, согласно которому наибольшее внимание приковывают удивительные и неожиданные новости. Этот пример показывает, как просто порой бывает найти правдоподобную причину той или иной закономерности. Вспомним хотя бы об аналитиках, которые объясняют, почему биржевые индексы падают или растут.