fm2 для второй школы = 0,33 • 87 = 28,71
Иными словами, из первой школы не должны были поступить в вуз 33 человека, а из второй 28,71. (Для большей точности вычислений по методу хи-квадрат желательно не округлять результаты вычислений, а сохранять сотые и даже тысячные значения после запятой). Исходя из вновь полученных «теоретических» частот — 33 и 28,71, мы можем произвести расчет того, сколько учащихся должны были бы теперь поступить в вуз из первой и второй школ. Обозначим эти частоты как
для первой и fm4 для второй школ, получим соответственно:
fm3 для первой школы = 67
для второй школы,71 = 58,29
Перепишем полученные «теоретические» частоты в новую таблицу 8.7
Таблица 8.7

Подчеркнем, что сумма по столбцам для вновь найденных «теоретических» частот, должна совпадать с исходной, т. е. 67 + 33 = 100 и 82 + 18 = 100, аналогично - 58,29 + 28,71 = 87 и 44 + 43 = 87. Подчеркнем также, что при расчетах «теоретических» частот им можно было бы дать и другое символическое обозначение, более привычное. Так, первую подсчитанную «теоретическую» частоту, представленную в ячейке С таблицы 8.7 можно было бы обозначить не как
= 33, а как
= 33 и так далее. Это, однако, не принципиально, главное производить вычисления строго по алгоритму, в соответствии с формулой (8.1).
Теперь величина хи-квадрат эмпирическая подсчитывается по знакомой формуле (8.1). Для этого из величин, представленных в ячейках таблицы 8.6 вычитаются соответствующие величины, представленные в ячейках таблицы 8.7:
![]()



В данном случае число степеней свободы v = (к - 1) • (с - 1) подсчитывается как произведение числа столбцов минус 1 на число строк минус 1. Иными словами, v = (2 — 1)
(2 — 1) = 1, поскольку у нас 2 строки и два столбца. И в соответствии с таблицей 12 Приложения 1 находим:

Полученная величина
попала в зону значимости. Иными словами, следует принять гипотезу Н1 о наличии различий между двумя эмпирическими распределениями. Таким образом, уровень подготовленности учащихся в двух школах оказался разным. На основе эмпирических данных мы можем теперь утверждать, что уровень подготовленности учащихся в первой школе существенно выше, чем во второй. Без использования критерия хи-квадрат такого вывода мы сделать бы не могли.
Решим аналогичную задачу, т. е. задачу в которой сравниваются две выборки, имеющие по два значения, но другим способом.
Задача 8.6. В двух школах района психолог выяснял мнения учителей об
организации психологической службы в школе. В первой школе было опрошено 20 учителей, во второй 15. Психолога интересовал вопрос: в какой школе психологическая служба поставлена лучше? Учителя давали ответы по номинативной шкале — нравится (да), не нравится — (нет).
Решение. Результаты опроса представим в виде четырехпольной таблицы 8.8:
Таблица 8.8

Величина эмпирического значения хм-квадрат подсчитывается здесь по-другому, согласно следующей формуле:
|
где N = А + В + С + D — или общее число учителей, принявших участие в опросе.
Подставляем исходные данные в формулу (8.6) получаем:
![]()
В данном случае число степеней свободы v = (к - 1) • (с - 1) подсчитывается как произведение числа столбцов минус 1 на число строк минус 1. Иными словами, v =
= 1, поскольку у нас 2 строки и два столбца.. И, в соответствии с таблицей 12 Приложения 1 находим:
|
Полученная величина
попала в зону незначимости. Иными словами, следует принять гипотезу Но об отсутствии различий между двумя эмпирическими распределениями. Таким образом, уровень организации психологической службы в обоих школах оказался одинаковым.
Теперь решим задачу, в которой сравниваются две выборки, имеющие по четыре значения каждая.
Задача 8.7. В двух школах района выяснялась успешность знания алгебры учащимися десятых классов. Для этого в обеих школах были случайным образом отобраны 50 учащихся и с ними проведены контрольные работы. Проверялось предположение о том, что существенной разницы в уровне знаний учащимися алгебры в двух школах не существует.
Решение. Результаты контрольных работ представим сразу в виде таблицы:
Таблица 8.9

В таблице 8.9
— число учащихся первой школы, получивших оценку 2 в контрольной работе по алгебре,
— число учащихся первой школы, получивших оценку 3 в контрольной работе по алгебре,
— число учащихся первой школы, получивших оценку 4 в контрольной работе по алгебре и т. д.
Подчеркнем, что «визуальный» анализ данных таблицы 8.9 показывает, что во второй школе число «двоечников» в три раза больше, чем в первой, и, наряду с этим, число «отличников» в два раза меньше, чем в первой школе. Казалось бы, можно сделать вывод о том, что вторая школа показывает существенно худшие результаты, чем первая. Однако подобные утверждения можно делать только на основе статистической обработки экспериментальных данных.
В общем случае для подобных задач подсчет эмпирического значения хи-квадрат осуществляется по формуле (8.7), являющейся модификацией формулы (8.2):
![]()
(8.7)
|
|
В общем случае для подобных задач подсчет эмпирического значения хи-квадрат осуществляется по формуле (8.7), являющейся модификацией формулы (8.2):
Подставим данные нашего примера в формулу (8.7), получим: |
Число степеней свободы в данном случае равно
v = (к - 1) • (с - 1) =•= 3. По таблице 12 Приложения 1 находим:

Полученные различия попали в зону незначимости. Иными словами следует принять нулевую гипотезу Но о сходстве или о том, что уровень знания учащимися алгебры в двух разных школах статистически значимо не отличается между собой. Выше, при простом визуальном анализе экспериментальных данных мы высказывали предположение, что во второй школе успеваемость учащихся по алгебре существенно хуже, чем в первой, однако, критерий хи-квадрат показал, что это далеко не так.
Задачи, аналогичные рассмотренной выше, т. е. с большим числом значений в сравниваемых выборках можно решить и другим способом, используя хорошо знакомую нам формулу (8.1). Рассмотрим этот способ на примере решения задачи 8.8.
Задача 8.8. Каково сходство в степени удовлетворенности работой на одном предприятии у двух неравных по численности групп? (Можно рассматривать эту задачу как продолжение задачи 8.3).
Решение. Для решения этой задачи психолог провел на том же предприятии (как в задаче 8.3) опрос о степени удовлетворенности работой еще в одной группе, но уже из 80 респондентов. Теперь у психолога есть две выборки испытуемых, первая — 65 человек и вторая — 80 человек. Полученные данные позволяют использовать критерий хи-квадрат по разному:
• во-первых, на новой выборке из 80 респондентовможно решить задачу, аналогичную задаче 8.3;
• во вторых, объединив две выборки можно опять решить задачу, аналогичную задаче 8.3;
• в третьих, можно сравнить распределения выбора альтернатив двух выборок (первой и второй), т. е. сравнить степень удовлетворенности работой двух групп респондентов и решить необходимую нам задачу 8.8.
Для решения задачи 8.8 на основе знания эмпирических частот первого и второго обследований, необходимо вычислить «теоретические» частоты по всей совокупности данных, поскольку в противном случае невозможно будет применить формулу (8.1).
Это осуществляется следующим образом: сумма эмпирических частот
65 + 80 = 145 равна общему количеству респондентов, опрошенных психологом.
Представим долю частот первой выборки в виде дроби: 65/145=0,45. Представим долю частот второй выборки также в виде дроби: 80/145=0,55.
Особо подчеркнем, что «теоретические» частоты необходимо рассчитать для каждой альтернативы (вариантов ответов) отдельно для обоих выборок.
Для этого по каждой альтернативе суммируем эмпирические частоты первой и второй выборок. Поскольку, для первой альтернативы в первой выборке
, а во второй выборке ![]()
, то их сумма будет равна 8 + 18 = 26. Для второй альтернативы в первой выборк
, а во второй
тогда их сумма равняется 22 + 20 = 42. И так далее для каждой альтернативы.
«Теоретическая» частота каждого варианта ответа в обоих выборках получается как результат умножения суммы эмпирических частот на соответствующую процентную долю, представленную в виде десятичной дроби.
Поскольку частоты выбора первого варианта ответа (альтернативы) составляют в обеих выборках 8 + 18 = 26, то
fm для 1-й выборки = 26
0,45 = 11,7
fm для 2-й выборки = 26 ■ 0,55 = 14,3.
Поскольку частоты выбора второго варианта ответа (альтернативы) составляют в обеих выборках 20 + 22 = 42, поэтому:
fm для 1-й выборки = 42 • 0,45 = 18,9
fm для 2-й выборки = 42 • 0,55 = 23,1j
Поскольку частоты выбора третьего варианта ответа (альтернативы) составляют в обеих выборках 18 + 14 = 32, поэтому:
fm для 1-й выборки = 32 • 0,45 = 14,4
fm для 2-й выборки = 32
0,55 = 17,6.
Поскольку частоты выбора четвертого варианта ответа (альтернативы) составляют в обеих выборках 11 + 9 = 20, поэтому:
fm для 1-й выборки = 20 • 0,45 = 9
для 2-й выборки = 20 ■ 0,55 =11.
Поскольку частоты выбора пятого варианта ответа (альтернативы) составляют в обеих выборках 13 + 12 = 25, поэтому:
fm для 1-й выборки = 25 • 0,45 = 11,25
fm для 2-й выборки = 25 • 0,55 = 13,75.
Следует помнить, что суммы рассчитанных «теоретических» частот по каждой альтернативе, должны совпадать с суммой эмпирических частот по этой же альтернативе. Проверим правильность этого положения для рассчитанных «теоретических» частот:
Для первого варианта ответа 11,7 + 14,3 = 26 = 8 + 18
Для второго варианта ответа 18,9 + 23,1 = 42 = 22 + 20
Для третьего варианта ответа 14,4 + 17,6 = 32 = 14 + 18
Для четвертого варианта ответа 9 + 11 = 20 = 9+ 11
Для пятого варианта ответа 11,25 + 13,75 = 25 = 12 + 13
Теперь, для того чтобы использовать формулу (8.1), нужно объединить полученные эмпирические и «теоретические» частоты двух выборок в стандартную таблицу 8.10. Поскольку сравниваются только две выборки, то вместо одной альтернативы в таблице 8.10 будет две альтернативы под номерами 1.1 и 1.2 — это соответственно две первые альтернативы для первой и для второй выборки и так далее:


При сопоставлении двух эмпирических распределений число степеней свободы определяется по формуле: v = (к - 1)
(с - 1), где к — число строк в таблице эмпирических частот только для первой выборки (или только для второй); с — количество сравниваемых распределений.
В нашем случае к = 5, с = 2, следовательно v = (5 — 1) • (2 — 1) = 4.
По таблице 12 Приложения 1 находим:

Полученные различия попали в зону незначимости. Т. е. следует принять нулевую гипотезу Но о сходстве. Иными словами, распределения двух выборок значимо не отличаются между собой, и, следовательно, у двух групп опрошенных респондентов отсутствуют предпочтения в выборе удовлетворенности или неудовлетворенности работой.
Число переменных в сравниваемых выборках может быть достаточно большим. В этом случае целесообразно использовать специальный прием группировки значений по интервалам. Число интервалов удобнее всего получать, используя таблицу 8.11.
Таблица 8.11

В двух следующих задачах сравниваются две выборки, в которых значений переменных столь много, что предыдущие способы сравнения оказываются трудновыполнимыми.
Задача 8.9. Психолог сравнивает два эмпирических распределения, в каждом из которых было обследовано 200 человек по тесту интеллекта. Вопрос: различаются ли между собой эти два распределения?
Решение Представим эмпирические данные в виде таблицы 8.12, в которой приведены также предварительные расчеты, необходимые для получения ![]()
Таблица 8.12


Для случая равенства числа испытуемых в первой и второй выборках расчет производится по формуле (8.8):
|
Где
частоты первого распределения, а
— частоты второго. N — число элементов в каждой выборке. В нашем случае в каждой из выборок оно равно 200.
Произведем расчет по формуле (8.8), основываясь на результатах таблицы 8.12:
= ,78 - 2 • 200 = 419,1= 19,12
В данном случае число степеней свободы v = (
- 1) ■ (с - 1) =•= 8, где к число интервалов разбиения, а с число столбцов. В соответствии с таблицей 12 Приложения 1 находим:

Полученные различия попали в зону неопределенности. Психолог может как принять, так и отклонить гипотезу Но.
Рассмотрим еще одну аналогичную задачу, в которой число значений в каждой из выборок различно. В этом случае используют другую формулу расчета.
3 а д а ч а 8.10. Психолог сравнивает два эмпирических распределения, в каждом из которых было обследовано по тесту интеллекта разное количество испытуемых. Вопрос — различаются ли между собой эти два распределения?
Решение. Представим эмпирические данные сразу в виде таблицы 8.13, отметив при этом, что число градаций IQ увеличилось, в отличие от таблицы 8.12, до 150.

В таблице 8.13 произведены предварительные расчеты, необходимые для вычисления эмпирического значения критерия хи-квадрат при условии разного числа испытуемых в первой и второй выборках. В этом случае расчет производится по формуле (8.9):

Где
частоты первого распределения,
— частоты второго. N — сумма числа элементов в первой nl и второй п2 выборках. В нашем случае оно равно 177 = 124 + 53, а сумма уже подсчитана в нижней строчке последнего столбца таблицы 8.13. Осталось произвести расчет по формуле (8.9.)
|
В данном случае число степеней свободы v = (к - 1) ■ (с - 1) = (10-1)-(2-1) = 9, где к число интервалов разбиения, а с число столбцов. В соответствии с таблицей 12 Приложения 1 находим:
|

Полученная величина эмпирического значения хи-квадрат попала в зону значимости. Иными словами, следует примять гипотезу Нх о том, что распределения уровней интеллекта в двух неравных по численности выборках статистически значимо отличаются между собой.
8.1.3. Использование критерия хи-квадрат для сравнения показателей внутри одной выборки
Критерий хи-квадрат может быть применен и для выявления сходства или различия внутри одной, но численно достаточно большой выборки. В этом случае вычленяются показатели (а их может быть два и больше), по которым и осуществляется сравнение. Этот аспект применения критерия хи-квадрат сближает его с коэффициентом корреляции, который также находит степень связи между двумя или большим числом признаков. Различие между этими двумя методами прежде всего в том, что для подсчета коэффициента корреляции необходимо знать все величины сравниваемых признаков, а для использования критерия хи-квадрат важно знать только уровни (градации) сравниваемых признаков.
При сравнении показателей с помощью критерия хи-квадрат нулевая гипотеза Но звучит так: сравниваемые признаки не влияют друг на друга. В терминах корреляционных отношений: между признаками связи нет, корреляция не отличается от нуля.
Соответственно альтернативная гипотеза
звучит следующим образом: сравниваемые признаки влияют друг на друга. В терминах корреляционных отношений: между признаками связь есть, корреляция значимо отличается от нуля.
В этих случаях применение критерия хи-квадрат основывается на использовании так называемых многопольных таблиц или, как их еще называют, таблиц сопряженности, т. е. таких таблиц, эмпирические данные в которых представлены размерностью большей чем 2x2.
В этом случае расчет эмпирического значения критерия хи-квадрат может осуществляться по следующим двум формулам:
(8.10)
где di разность между эмпирическими и «теоретическими» частотами;
fm. есть вычисленная, или «теоретическая» частота.
![]()
где к — число строк многопольной таблицы
т — число столбцов многопольной таблицы
N— общее число значений (элементов) в многопольной таблице, оно всегда является произведением N= к ■ т
— элементы многопольной таблицы
Cj — суммарные значения по строкам многопольной таблицы
— суммарные значения по столбцам многопольной таблицы
Проиллюстрируем все вышесказанное решением примера, взятого с некоторыми модификациями из учебного пособия «Психологическая диагностика» под ред. и , М. Изд-во УРАО, 1997 г.
Задача 8.11. Влияет ли уровень интеллекта на профессиональные достижения?
Решение. (Первый способ решения по формуле 8.10). Для решения этой задачи 90 человек оценили по степени их профессиональных достижений и по уровню интеллекта. При разбиении на уровни (градации признака) по обоим признакам было взято три уровня. Для показателя профессиональных достижений были получены следующие частоты признака: 20 человек с высоким уровнем профессиональных достижений, 40 со средним и 30 с низким. Первая группа составляет 22,2% выборки, вторая — 44,4% и третья — 33,3% от всей выборки. При разбиении по уровню интеллекта было взято три равных по численности группы, в каждой по 30 человек: уровень интеллекта ниже среднего, средний и выше среднего. В процентах каждая группа составляет 33,3% от всей выборки. Все эмпирические данные (частоты) представлены ниже в таблице 8.14:
Таблица 8.14

Для удобства каждая ячейка таблицы обозначена соответствующей латинской буквой: А, В, С и т. д. Таблица 8.14 устроена следующим образом: в ячейку, обозначенную символом А, заносятся эмпирические частоты (или число) тех испытуемых, которые одновременно обладают следующей характеристикой: ниже среднего по уровню профессиональных достижений и ниже среднего по интеллекту. Таких испытуемых (эмпирических частот) оказалось 20. В ячейку, обозначаемую символом В, заносятся эмпирические частоты (или число) тех испытуемых, которые одновременно обладают характеристикой: средние по уровню профессиональных достижений и ниже среднего по интеллекту. Таких испытуемых (эмпирических частот) оказалось 5. В ячейку, обозначенную символом С, заносятся эмпирические частоты (или число) тех испытуемых, которые одновременно обладают характеристикой: выше среднего по уровню профессиональных достижений и ниже среднего по интеллекту. Таких испытуемых (эмпирических частот) оказалось также 5. Заметим, что 20 + 5 + + 5 = 30, т. е. числу испытуемых, имеющих уровень интеллекта ниже среднего. Подобные «разбиения» были проделаны для каждой ячейки таблицы 8.14. Подчеркнем, что в круглых скобках в каждой ячейке таблицы представлены вычисленные для этой ячейки «теоретические» частоты.
Покажем, как для каждой ячейки таблицы 8.14 найти соответствующую «теоретическую» частоту. Это делается следующим образом. Для каждого столбца таблицы подсчитываются так называемые «частости» в процентах:

Полученные величины «частостей» дают возможность подсчитать «теоретические» частоты для каждой ячейки таблицы 8.14. Они служат основой для подсчета «гипотетических» (а по сути теоретических) частот, т. е. таких частот, которые при заданном соотношении экспериментальных данных должны были бы быть расположены в соответствующих ячйках таблицы 8.14. (Вспомним решение задачи 8.5).
Согласно этому положению «теоретическая» частота для ячейки А подсчитывается следующим образом. 30 человек имеют уровень интеллекта ниже среднего, поэтому 33,3% от этого числа должны были бы попасть в группу с профессиональными достижениями ниже среднего уровня. Находим эту «гипотетическую величину так: ![]()
Аналогично «теоретическая» частота для ячейки D считается следующим образом: 30 человек имеют средний уровень интеллекта, поэтому 33,3% от этого числа должны были бы попасть в группу с профессиональными достижениями среднего уровня. Находим эту «гипотетическую» величину так: ![]()
Аналогично «теоретическая» частота для ячейки G считается следующим образом: 30 человек имеют высокий уровень интеллекта, поэтому 33,3% от этого числа должны были бы попасть в группу с профессиональными достижениями выше среднего уровня.
Находим эту «гипотетическую» величину так: ![]()
Рассмотрим, как производится подсчет для ячейки В. 30 человек имеют низкий уровень интеллекта, поэтому 44,4% от этого числа должны были бы попасть в группу с профессиональными достижениями среднего уровня. Находим эту «гипотетическую» так: 
Аналогично производится подсчет для ячейки Е. 30 человек имеют средний уровень интеллекта, поэтому 44,4% от этого числа должны были бы попасть в группу с профессиональными достижениями среднего уровня. Находим эту «гипотетическую» величину так: 
Аналогично производится подсчет для ячейки Н. 30 человек имеют уровень интеллекта выше среднего, поэтому 44,4% от этого числа должны были бы попасть в группу с профессиональными достижениями среднего уровня. Находим эту «гипотетическую» величину так: ![]()
Рассмотрим, наконец, как производится подсчет для ячейки С. 30 человек имеют низкий уровень интеллекта, поэтому 22,2% от этого числа должны были бы попасть в группу с профессиональными достижениями выше среднего уровня. Находим эту «гипотетическую» величину так: 
Расчет «теоретических гипотетических» частот для оставшихся ячеек проведите самостоятельно.
Проверим правильность расчета «теоретических» частот для всех столбцов таблицы 8.14: 10 + 10 + 10 = 30; 13,3 + 13,3 + 13,3 = 39,9
40; 6,7 + 6,7 + 6,7 = 20,1
20.
Теперь все готово для использования формулы (8.1).

|
|
Для проверки правильности расчета «теоретических» частот в случае сравнения двух эмпирических наблюдений (см. раздел 8.2) или для сравнения показателей внутри одной выборки может использоваться следующая формула (8.12):

Число степеней свободы подсчитаем по знакомой формуле: v = {к - 1) • (с - 1) =•= 4 где к число строк, ас-число столбцов и в соответствии с таблицей 12 Приложения 1 находим:

Полученные эмпирическая величина критерия хи-квадрат попала в зону значимости. Иными словами, следует принять гипотезу Я, о том, что уровень интеллекта влияет на успешность профессиональной деятельности.
Решение. (Второй способ решения по формуле 8.11).
Подставим данные таблицы 8.14 в формулу (8.11) получим:
|
Как и следовало ожидать, эмпирическое значение хи-квадрат получено то же самое, что и при первом способе решения. Все дальнейшие операции уже проделаны выше при первом способе решения данной задачи, поэтому не будем их повторять. Безусловно, что второй способ существенно проще первого, однако, при расчетах по формуле (8.11) можно легко допустить ошибки. Подчеркнем, что как первый, так и второй способы расчета эмпирического значения хм-квадрат позволяют работать с таблицами практически любой размерности: 3 х 4, 4 х 4, 5 х З, 5 х б и т. п.
Для применения критерия хн-квадрат необходимо соблюдать следующие условия:
1. Измерение может быть проведено в любой шкале.
2. Выборки должны быть случайными и независимыми.
3. Желательно, чтобы объем выборки был > 20. С увеличением объема выборки точность критерия повышается.
4. Теоретическая частота для каждого выборочного интервала не должна быть меньше 5.
5. Сумма наблюдений по всем интервалам должна быть равна общему количеству наблюдений.
6. Таблица критических значений критерия хи-квадрат рассчитана для числа степеней свободы v, которое каждый раз рассчитывается по определенным правилам.
В общем случае число степеней свободы определяется по формуле:
v = с - 1, где с — число альтернатив (признаков, значений, элементов) в сравниваемых переменных.
Для таблиц число степеней свободы определяется по формуле: v = (к - 1) • (с-1), где к — число столбцов, с — число слрок.
8.2. Критерий Колмогорова—Смирнова
Этот критерий используется для решения тех же задач, что и критерий хи-квадрат. Иначе говоря, с его помощью можно сравнивать эмпирическое распределение с теоретическим или два эмпирических распределения друг с другом. Однако если при применении хи-квадрат мы сопоставляем частоты двух распределений, то в данном критерии сравниваются накопленные (кумулятивные) частоты по каждому разряду (альтернативе). При этом если разность накопленных частот в двух распределениях оказывается большой, то различия между двумя распределениями являются существенными.
3 а д а ч а 8.12. Предположим, что в эксперименте психологу
необходимо использовать шестигранный игральный кубик с цифрами на гранях от 1 до 6. Для чистоты эксперимента необходимо получить «идеальный» кубик, т. е. такой, чтобы при достаточно большом числе подбрасываний, каждая его грань выпадала бы примерно равное число раз. Задача состоит в выяснении того, будет ли данный кубик близок к идеальному?
Решение. Подбросим кубик 120 раз и сравним полученное
эмпирическое распределение с теоретическим. Поскольку теоретическое распределение является равновероятным, то соответствующие теоретические частоты равны 20. Распределение эмпирических и теоретических частот представим совместно в таблице 8.15:

Для подсчета по критерию Колмогорова—Смирнова необходимо провести ряд преобразований с данными таблицы 8.15. Представим эти преобразования в таблице 8.16 и объясним их получение:
Таблица 8.16

Символом FE в таблице 8.16 будем обозначать накопленные теоретические частоты. В таблице они получаются следующим образом: к первой теоретической частоте 20, добавляется вторая частота, также равная 20, получается число 20 + 20 = 40. Число 40 ставится на место второй частоты. Затем к числу 40 прибавляется следующая теоретическая частота, полученная величина 60 — ставится на место третьей теоретической частоты и так далее.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |








