平均数、中位数和众数都是集中趋势的度量:它们各自尝试用一个典型值来概括一组数据。听起来像是同一个问题,其实不然。平均数回答的是”如果把总量平均分,每人能分到多少”;中位数回答的是”哪个数把数据分成上下两半”;众数回答的是”哪个数出现得最多”。选错度量不会算错,但会得出错误的结论,很多新闻、报告和考试题正是在这里让读者上当。
算术平均数
把所有数值相加,再除以数值的个数。它是最常用的度量,因为用到了全部数据;但也正因如此,一个特别大或特别小的数就会明显改变它。
以成绩 6、7、7、8、9 为例:总和是 37,共 5 个成绩,平均数是 37 除以 5,等于 7.4。注意,没有哪位同学考了 7.4。平均数不一定是数据中的某个值。
加权平均数
当各个数值的重要程度不同时,先用每个数乘以它的权重,再把总和除以权重之和,而不是除以数值的个数。
一次考试得 6 分、权重 2,另一次得 8 分、权重 3:加权和是 2 × 6 + 3 × 8 = 12 + 24 = 36,权重之和是 5,平均数是 36 ÷ 5 = 7.2。若三次考试分别得 5、7、9 分,权重为 1、2、3,则 (5 + 14 + 27) ÷ 6 = 46 ÷ 6 ≈ 7.67:权重最大的那次考试把结果拉向自己的分数。期末考试占比更高的总评成绩就是这样计算的。
中位数
先把数据从小到大排序。若个数 n 为奇数,中位数就是正中间那个数,位于第 (n + 1) ÷ 2 个位置;若 n 为偶数,就没有唯一的中间数,中位数是中间两个数的平均数。
- 数据 9、4、7、10、8 排序后为 4、7、8、9、10。共 5 个数,第 3 个在中间,中位数是 8。
- 数据 10、4、8、7 排序后为 4、7、8、10。共 4 个数,中间两个是 7 和 8,中位数是 (7 + 8) ÷ 2 = 7.5。
众数
众数是出现次数最多的数。在 3、5、5、6、9 中,众数是 5。在 2、2、4、4、7 中有两个众数 2 和 4,这组数据是双峰的。如果每个数出现的次数都相同,通常说没有众数。
众数是三者中唯一适用于分类数据的度量。在一项关于学生上学方式的调查中,如果”公交车”是最多的回答,它就是众数;上学方式没有平均数,也没有中位数。在鞋店里,卖得最多的鞋码也是众数:在售出的 36、37、38、38、38、39、40、40 码中,众数是 38,也就是最值得备货的尺码。
例题:一家小公司的工资
一家假想的公司有 7 名员工,月薪(单位:千元)分别为 2、2、3、3、3、4 和 20,最后一个是老板的工资。哪个数最能描述典型员工的工资?
- 求和:2 + 2 + 3 + 3 + 3 + 4 + 20 = 37。除以 7:37 ÷ 7 ≈ 5.29 千元。
- 数据已经排好序。共 7 个数,中间的是第 4 个:中位数是 3 千元。
- 3 出现了三次,比其他任何数都多:众数是 3 千元。
- 七个人中有六个人月薪不超过 4 千元。5.29 千元的平均数被 20 千元的工资拉高,不能代表典型员工;中位数和众数可以。
验算。 各数与平均数之差的总和必须为零:前六个数都低于 5.29,而 20 比它高 14.71,所有偏差的精确和为 0。另一种验算方法:去掉 20 千元的工资,剩下六人的平均数降到 17 ÷ 6 ≈ 2.83 千元,降到原来的一半多一点,而中位数仍是 3 千元。一个数改变了平均数却没有改变中位数,这正是两者的区别。
什么时候用哪一个
| 情况 | 最合适的度量 |
|---|---|
| 数据对称、没有极端值(班级身高) | 平均数 |
| 有极端值或分布偏斜(收入、房价) | 中位数 |
| 分类数据或最常见的值(最畅销的尺码) | 众数 |
| 各数值重要程度不同(带权重的成绩) | 加权平均数 |
一个经验法则:平均数和中位数接近时,数据大致对称,用哪个都可以;两者相差很大时,比如上面的工资例子,这个差距本身就是信息:有极端值在拉动平均数,最好两个都报告。
常见错误
- 不排序就求中位数。 在 9、4、7、10、8 中,原始列表中间的数是 7,但中位数是 8。
- 忘记偶数个数的情况。 数据个数为偶数时,中位数是中间两个数的平均数,而不是其中第一个。
- 加权平均数除以成绩的个数。 在权重为 2 和 3 的例子中,用 36 除以 2 得到 18,比任何一个成绩都高。应该除以权重之和。
- 用平均数描述少数极高值的收入或价格。 计算没有错,但描述的是一个几乎不存在的人。
- 以为众数总是唯一的。 一组数据可以有两个众数,也可以没有众数。
常见问题
为什么收入通常用中位数来报告?
因为少数很高的收入会把平均数拉高。中位数是把人群分成两半的那个值,不受这些极端值影响。
一组数据可以有多个众数或没有众数吗?
可以。两个值并列出现最多时,数据是双峰的;如果每个值出现的次数都相同,通常说没有众数。
中位数一定是数据中的某个值吗?
不一定。数据个数为偶数时,中位数是中间两个数的平均数,可能不在数据中,例如 4、7、8、10 的中位数 7.5。
加权平均数在成绩中怎么用?
当各项考试占比不同时:每个成绩乘以权重,全部相加,再除以权重之和。