Ящик с усами

Не следует путать с японскими свечами.

График 1. Результаты эксперимента Майкельсона-Морли

График 2. Сравнение плотности распределения и Ящика с усами

Ящик с усами (англ. box-and-whiskers diagram or plot, box plot) — график, использующийся в описательной статистике, компактно изображающий одномерное распределение вероятностей.

Такой вид диаграммы в удобной форме показывает медиану, нижний и верхний квартили, минимальное и максимальное значение выборки и выбросы. Несколько таких ящиков можно нарисовать бок о бок, чтобы визуально сравнивать одно распределение с другим, их можно рисовать горизонтально, либо вертикально. Расстояния между различными частями ящика позволяют определить степень распространения (дисперсии) и асимметрии в данных, и выявить выбросы.

Компактность представления информации

График ящик с усами или ящичковая диаграмма был разработан Джоном Тьюки в 1970-х годах. По сути, ящик с усами — это быстрый способ изучения одного или нескольких наборов данных в графическом виде. Этот график может показаться более примитивным, чем, например, оценка гистограммы, но он имеет некоторые преимущества. Он занимает меньше места, и поэтому особенно полезен для сравнения распределений между несколькими группами или наборами данных. Кроме того, ящик с усами в своей первоначальной форме прост для построения.

Если на третьем графике, где показаны плотности распределения, нельзя толком ничего рассмотреть и сравнить, то на четвертом графике, отображающем ящики с усами, легко можно оценить медианы, квартили, степень распространения (дисперсии) и асимметрии в данных, и выявить выбросы. Асимметрию данных можно увидеть не только по медиане, смещенной к какому-либо концу ящика, но и по разной длине усов, выходящих из ящика.

График ящик с усами очень прост для понимания и именно поэтому часто используется в различных публикациях для отображения данных.

Построение

В диаграмме ящик с усами сам "ящик" все время строится с использованием одних и тех же показателей: границами ящика служат первый и третий квартили (25 и 75 процентили соответственно), линия в середине ящика - медиана (50 процентиль). Но концы усов (статистически значимые наблюдения по выборке) могут определяться несколькими способами. Среди наиболее распространенных следует выделить следующие:

• Минимальное и максимальное наблюдаемое значения данных по выборке (в этом случае выбросы отсутствуют);
• Разность первого квартиля и 1,5 * интерквартильный размах; Сумма третьего квартиля и 1,5 * интерквартильный размах. В общем виде эта формула имеет вид

   X1 = Q1 – k*(Q3-Q1); X2 = Q3 + k*(Q3-Q1) 

где X₁ - нижняя граница уса, X₂ - верхняя граница уса, Q₁ - первый квартиль ,Q₃ - третий квартиль , k - коэффициент, наиболее часто употребляемое значение которого = 1,5

• Среднее арифметическое по выборке ± одно стандартное отклонение
• 9 и 91 процентили
• 2 и 98 процентили

Все данные,выходящие за границы усов являются выбросами и отображаются на графике в виде точек, маленьких кружков или звездочек. Иногда на графике также отмечают среднее арифметическое.

В связи с тем, что не существует единого общего согласия относительно того, что считать основным графиком ящика с усами, при виде такого графика необходимо искать информацию в сопроводительном тексте относительно того, по каким параметрам ящик с усами строился.

Модификации ящика с усами

Первоначальная форма ящика с усами хотя и отличается своей простотой и удобством, однако обладает и некоторыми недостатками. Один из таких существенных недостатков - отсутствие информации на графике о количестве наблюдений по выборке. Действительно ящик с усами позволяет сравнить медианы, квартили, минимумы и максимумы по различным выборкам, но если мы захотим сделать вывод о средней медиане в целом по всей совокупности выборок, то мы не сможем этого сделать не прибегая к данным. В 1978 году первоначальная форма ящика с усами была модифицирована МакГиллом, Ларсеном и Тьюки. Они предложили учитывать размер выборочной совокупности, рисуя ящики разного размера, а также изобразили на графике доверительный интервал для медиан в виде расходящихся клиньев. Чем больше ящик по размерам, тем больше количество наблюдений в выборке, по которой строился этот ящик. что касается доверительного интервала, то он представляет собой выемки на каждом из ящиков, в случае, если получившиеся выемки разных ящиков не пересекаются, их медианы статистически значимо различаются. Модифицированные ящики с усами изображены на Графике 5

У этой статьи нет иллюстраций. Вы можете помочь проекту, добавив их (с соблюдением правил использования изображений). Для поиска иллюстраций можно: попробовать воспользоваться инструментом FIST: нажмите эту ссылку, чтобы начать поиск; попытаться найти изображение на Викискладе; просмотреть иноязычные варианты статьи (если они есть); см. также Википедия:Источники изображений.

.

Следующая модификация получила название Histplot (График 6)

У этой статьи нет иллюстраций. Вы можете помочь проекту, добавив их (с соблюдением правил использования изображений). Для поиска иллюстраций можно: попробовать воспользоваться инструментом FIST: нажмите эту ссылку, чтобы начать поиск; попытаться найти изображение на Викискладе; просмотреть иноязычные варианты статьи (если они есть); см. также Википедия:Источники изображений.

.

Теперь на графике отображаются плотности распределения по 3 точкам: медиане, первому и третьему квартилю. Соответственно вместо прямоугольника "ящик" теперь представляет собой 2 равнобедренные трапеции, имеющие смежное основание.

Дальнейшее изменение получило название Vaseplot от сравнения ящика с вазой (График 7)

У этой статьи нет иллюстраций. Вы можете помочь проекту, добавив их (с соблюдением правил использования изображений). Для поиска иллюстраций можно: попробовать воспользоваться инструментом FIST: нажмите эту ссылку, чтобы начать поиск; попытаться найти изображение на Викискладе; просмотреть иноязычные варианты статьи (если они есть); см. также Википедия:Источники изображений.

.

На данном графике происходит отображение всех плотностей вероятностей от первого до третьего квартиля. Серые области представляют собой доверительный интервал медианы.

Ссылки

• (1989) «Some Implementations of the Boxplot». The American Statistician 43 (1): 50–54. DOI:10.2307/2685173.
• (1988) «Opening the Box of a Boxplot». The American Statistician 42 (4): 257–262. DOI:10.2307/2685133.
• Поп-математика для взрослых детей
• При чем тут усы и ящики?

Столбчатая диаграмма · Совмещённая диаграмма · Диаграмма управления · Лесная диаграмма · Гистограмма · Q-Q диаграмма · Диаграмма выполнения · Диаграмма разброса · Стебель-листья · Ящик с усами