Том13. Абсолютная точность и другие иллюзии. Секреты статистики

Рассмотрим пример. Одной из классических книг по проведению экспериментов является Statistics for Experimenters Бокса, Хантера и Хантера, где объясняется, как нужно провести эксперимент, чтобы сравнить степень износа различных материалов, из которых изготавливается подошва молодежной обуви. Если в эксперименте участвует всего 10 молодых людей, их можно разделить случайным образом на две группы по 5 человек: члены одной группы получат обувь с подошвой из материала А, члены второй группы — обувь с подошвой из материала В. По прошествии определенного времени (например, полугода) нужно измерить износ подошв на всех парах обуви и провести соответствующий статистический анализ (в этом случае будет использоваться так называемый t-критерий Стьюдента для независимой выборки).

Естественно, что группы следует формировать случайным образом. Не стоит просить подростков выстроиться в шеренгу и выдавать первым пяти обувь с подошвой из материала А, последним пяти — обувь с подошвой из материала В: те, кто встал в шеренгу первыми, больше бегают и двигаются, поэтому быстрее износят обувь.

Однако этот способ сбора данных имеет один недостаток. Износ подошвы зависит не только от материала (именно это мы анализируем в ходе эксперимента), но и от самого подростка: некоторые из них больше бегают и будут даже играть в футбол в этой обуви, другие будут бегать меньше. Некоторые, возможно, почти не будут надевать выданную обувь, так как она им не понравится или они побоятся порвать ее, и подошвы не износятся.

Так как на износ подошвы влияет не только материал, из которого она изготовлена, но и другие факторы, то мы не сможем определить, какой именно фактор будет причиной возможных различий. Может случиться так, что по вине посторонних факторов различий наблюдаться не будет, но в действительности подошвы из анализируемых материалов будут изнашиваться по-разному.

Как справиться с этой проблемой? Нужно выдать каждому подростку один ботинок с подошвой из первого материала, другой — с подошвой из другого материала. В этом случае все возможные отличия в износе подошвы будут вызваны исключительно различными свойствами материалов и никаким другим фактором. В этом случае сравниваются не средние значения в обеих группах, а износ подошв обоих ботинок каждого подростка. Если одна подошва в среднем изнашивается больше другой (не имеет значения, насколько сильно они изнашиваются, важна лишь разница между ними), это вызвано различием в свойствах материалов.

Для сравнения средних значений выборок, сформированных таким образом, используется так называемый t-критерий Стьюдента для парных выборок.

Очевидно, что не следует изготавливать из материала А подошву только правых ботинок, а из материала В — подошву левых ботинок, так как, возможно, подошвы на одной ноге в среднем изнашиваются больше. Этого можно избежать, если чередовать материалы случайным образом (например, бросать монету для каждой пары обуви, и если выпадает решка, то из материала А изготавливается подошва правого ботинка).

Таким образом, ожидается, что если обувь на конкретной ноге изнашивается больше, при чередовании материалов случайным образом возможное влияние этого фактора будет устранено.

* * *