第1章標本抽出とデータ
Sampling標本抽出
Gathering information about an entire population often costs too much or is virtually impossible. Instead, we use a sample of the population. A sample should have the same characteristics as the population it is representing. Most statisticians use various methods of random sampling in an attempt to achieve this goal. This section will describe a few of the most common methods. There are several different methods of random sampling. In each form of random sampling, each member of a population initially has an equal chance of being selected for the sample. Each method has pros and cons. The easiest method to describe is called a simple random sample. Any group of n individuals is equally likely to be chosen as any other group of n individuals if the simple random sampling technique is used. In other words, each sample of the same size has an equal chance of being selected. For example, suppose Lisa wants to form a four-person study group (herself and three other people) from her pre-calculus class, which has 31 members not including Lisa. To choose a simple random sample of size three from the other members of her class, Lisa could put all 31 names in a hat, shake the hat, close her eyes, and pick out three names. A more technological way is for Lisa to first list the last names of the members of her class together with a two-digit number, as in Table 1.6:
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母集団全体の情報を集めるには、費用がかかりすぎたり、事実上不可能だったりすることが多い。その代わりに、母集団の標本を使う。標本は、代表する母集団と同じ特徴を持つべきである。そのため、多くの統計学者は、さまざまな無作為抽出法を使う。ここでは、代表的な方法をいくつか説明する。無作為抽出には、いくつか異なる方法がある。どの方法でも、最初は母集団の各構成員が標本に選ばれる可能性は等しい。それぞれに長所と短所がある。最も説明しやすいのが、単純無作為標本である。単純無作為抽出を使うと、n個体からなるどの集団も、他のn個体の集団と同じ確率で選ばれる。つまり、大きさが同じ標本はすべて、選ばれる可能性が等しい。例えばリサが、微積分準備のクラスで、自分と他の3人からなる4人の勉強会を作りたいとする。クラスには、リサ以外に31人いる。大きさ3の単純無作為標本を選ぶには、31人全員の名前を帽子に入れて振り、目を閉じて3人分を取り出せばよい。技術を使う方法では、まず表1.6のように、クラス全員の姓と2桁の番号を並べる。
ID 番号 |
Name 氏名 |
ID 番号 |
Name 氏名 |
ID 番号 |
Name 氏名 |
|---|---|---|---|---|---|
00 |
Anselmo |
11 |
King |
21 |
Roquero |
01 |
Bautista |
12 |
Legeny |
22 |
Roth |
02 |
Bayani |
13 |
Lundquist |
23 |
Rowell |
03 |
Cheng |
14 |
Macierz |
24 |
Salangsang |
04 |
Cuarismo |
15 |
Motogawa |
25 |
Slade |
05 |
Cuningham |
16 |
Okimoto |
26 |
Stratcher |
06 |
Fontecha |
17 |
Patel |
27 |
Tallai |
07 |
Hong |
18 |
Price |
28 |
Tran |
08 |
Hoobler |
19 |
Quizon |
29 |
Wai |
09 |
Jiao |
20 |
Reyes |
30 |
Wood |
10 |
Khan |
Lisa can use a table of random numbers (found in many statistics books and mathematical handbooks), a calculator, or a computer to generate random numbers. For this example, suppose Lisa chooses to generate random numbers from a calculator. The numbers generated are as follows:
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リサは、乱数表(多くの統計の本や数学便覧に載っている)、計算機、コンピューターのいずれかで乱数を得られる。この例では計算機で乱数を生成することにしたとする。生成された数は次のとおりである。
- 0.94360
- 0.99832
- 0.14669
- 0.51470
- 0.40581
- 0.73381
- 0.04399
Lisa reads two-digit groups until she has chosen three class members (that is, she reads 0.94360 as the groups 94, 43, 36, 60). Each random number may only contribute one class member. If she needed to, Lisa could have generated more random numbers.
リサは、クラスの3人が選ばれるまで、2桁ずつの組を読む。例えば0.94360を、94、43、36、60という組として読む。一つの乱数から選べる人は1人だけである。必要なら、さらに乱数を生成することもできる。
The random numbers 0.94360 and 0.99832 do not contain appropriate two digit numbers. However the third random number, 0.14669, contains 14 (the fourth random number also contains 14), the fifth random number contains 05, and the seventh random number contains 04. The two-digit number 14 corresponds to Macierz, 05 corresponds to Cuningham, and 04 corresponds to Cuarismo. Besides herself, Lisa’s group will consist of Marcierz, Cuningham, and Cuarismo.
乱数0.94360と0.99832には、適切な2桁の数が含まれていない。しかし、3番目の乱数0.14669には14がある。4番目にも14がある。5番目には05、7番目には04がある。2桁の番号14はMacierz、05はCuningham、04はCuarismoに対応する。リサのグループは、本人のほか、Marcierz、Cuningham、Cuarismoで構成される。
Using the Calculator電卓の操作
Besides simple random sampling, there are other forms of sampling that involve a chance process for getting the sample. Other well-known random sampling methods are the stratified sample, the cluster sample, and the systematic sample.
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標本を得る過程に偶然を利用する方法は、単純無作為抽出のほかにもある。よく知られるものとして、層化抽出、集落抽出、系統抽出がある。
To choose a stratified sample, divide the population into groups called strata and then take a proportionate number from each stratum. For example, you could stratify (group) your college population by department and then choose a proportionate simple random sample from each stratum (each department) to get a stratified random sample. To choose a simple random sample from each department, number each member of the first department, number each member of the second department, and do the same for the remaining departments. Then use simple random sampling to choose proportionate numbers from the first department and do the same for each of the remaining departments. Those numbers picked from the first department, picked from the second department, and so on represent the members who make up the stratified sample.
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層化標本を選ぶには、母集団を「層」と呼ぶ集団に分け、各層の大きさに比例した数を取り出す。例えば、大学の母集団を学科別に層化し、各層、つまり各学科から大きさに比例した単純無作為標本を選ぶと、層化無作為標本が得られる。各学科から単純無作為標本を選ぶには、最初の学科の各構成員に番号を付け、次の学科、残りの学科にも同じように番号を付ける。その後、最初の学科から単純無作為抽出で大きさに比例した数を選び、残りの学科でも同じことを行う。最初の学科、次の学科、さらにその後の学科から選んだ番号に対応する人々が、層化標本を構成する。
To choose a cluster sample, divide the population into clusters (groups) and then randomly select some of the clusters. All the members from these clusters are in the cluster sample. For example, if you randomly sample four departments from your college population, the four departments make up the cluster sample. Divide your college faculty by department. The departments are the clusters. Number each department, and then choose four different numbers using simple random sampling. All members of the four departments with those numbers are the cluster sample.
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集落標本を選ぶには、母集団を集落、つまり集団に分け、そのうちいくつかを無作為に選ぶ。選んだ集落の構成員全員が、集落標本に入る。例えば、大学の母集団から4学科を無作為に選べば、その4学科が集落標本を構成する。大学の教員を学科ごとに分ける。学科が集落である。各学科に番号を付け、単純無作為抽出で異なる4個の番号を選ぶ。その番号の4学科に属する全員が、集落標本である。
To choose a systematic sample, randomly select a starting point and take every nth piece of data from a listing of the population. For example, suppose you have to do a phone survey. Your phone book contains 20,000 residence listings. You must choose 400 names for the sample. Number the population 1–20,000 and then use a simple random sample to pick a number that represents the first name in the sample. Then choose every fiftieth name thereafter until you have a total of 400 names (you might have to go back to the beginning of your phone list). Systematic sampling is frequently chosen because it is a simple method.
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系統標本を選ぶには、開始位置を無作為に選び、母集団の一覧からn番ごとにデータを取り出す。例えば、電話調査を行うとする。電話帳には20,000世帯の登録があり、標本として400人を選ばなければならない。母集団に1~20,000の番号を付け、単純無作為抽出によって、標本の最初の人を表す番号を選ぶ。そこから50人ごとに選び、合計400人になるまで続ける。電話帳の先頭に戻る必要があるかもしれない。系統抽出は、簡単な方法なのでよく使われる。
A type of sampling that is non-random is convenience sampling. Convenience sampling involves using results that are readily available. For example, a computer software store conducts a marketing study by interviewing potential customers who happen to be in the store browsing through the available software. The results of convenience sampling may be very good in some cases and highly biased (favor certain outcomes) in others.
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無作為ではない標本抽出法の一つに、便宜抽出がある。便宜抽出では、容易に得られる結果を利用する。例えば、コンピューターソフト販売店が、たまたま店内でソフトを見ている見込み客に聞き取りをして、市場調査を行う場合である。便宜抽出の結果は、場合によっては非常によいこともあるが、別の場合には特定の結果に偏る、つまり強いバイアスを持つこともある。
Sampling data should be done very carefully. Collecting data carelessly can have devastating results. Surveys mailed to households and then returned may be very biased (they may favor a certain group). It is better for the person conducting the survey to select the sample respondents.
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データの標本抽出は、非常に注意深く行う必要がある。いい加減に集めると、深刻な結果を招くことがある。各家庭に郵送して返送された調査票には、特定の集団に偏るなど、大きなバイアスがあるかもしれない。調査を実施する人が、標本となる回答者を選ぶ方がよい。
Sampling with replacement is truly random sampling. That is, once a member is picked, that member goes back into the population and thus may be chosen more than once. However for practical reasons, in most populations, simple random sampling without replacement is done. Surveys are typically done without replacement. That is, a member of the population may be chosen only once. Most samples are taken from large populations and the sample tends to be small in comparison to the population. Since this is the case, sampling without replacement is approximately the same as sampling with replacement because the chance of picking the same individual more than once with replacement is very low.
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復元抽出は、真に無作為な抽出である。つまり、一度選んだ構成員を母集団に戻すので、同じ構成員が複数回選ばれることがある。しかし実用上の理由から、多くの母集団では非復元の単純無作為抽出を行う。調査も通常は非復元で行い、母集団の構成員を選べるのは1回だけである。標本の多くは大きな母集団から取られ、母集団に比べて小さい傾向がある。このため、非復元抽出は復元抽出とほぼ同じになる。復元しても、同じ個体を複数回選ぶ確率が非常に低いからである。
Sampling without replacement instead of sampling with replacement becomes a mathematical issue only when the population is small.
復元抽出の代わりに非復元抽出を行うことが数学的な問題になるのは、母集団が小さい場合だけである。
When you analyze data, it is important to be aware of sampling errors and nonsampling errors. The actual process of sampling causes sampling errors. For example, the sample may not be large enough. Factors not related to the sampling process cause nonsampling errors. A defective counting device can cause a nonsampling error.
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データを分析するときには、標本誤差と非標本誤差を意識することが重要である。標本を取り出す過程そのものによって、標本誤差が生じる。例えば、標本の大きさが十分でない場合がある。抽出過程と関係しない要因から生じるのが、非標本誤差である。故障した計数装置は、非標本誤差を生むことがある。
In reality, a sample will never be exactly representative of the population so there will always be some sampling error. As a rule, the larger the sample, the smaller the sampling error.
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現実には、標本が母集団を完全に代表することはないので、必ず何らかの標本誤差がある。一般に、標本が大きいほど標本誤差は小さくなる。
In statistics, a sampling bias is created when a sample is collected from a population and some members of the population are not as likely to be chosen as others (remember, each member of the population should have an equally likely chance of being chosen). When a sampling bias happens, there can be incorrect conclusions drawn about the population that is being studied.
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統計では、母集団から標本を集める際に、一部の構成員が他の構成員と同じようには選ばれない場合、標本抽出のバイアスが生じる。各構成員が選ばれる可能性は等しいべきであることを思い出そう。抽出にバイアスがあると、調査対象の母集団について、誤った結論を導くことがある。