Математичні парадокси

Словник / Зміщена вибірка

Словник · зміщена вибірка

Як 2,4 мільйона анкет помилилися з переможцем?

1936 року американський журнал Literary Digest розіслав близько 10 мільйонів анкет і отримав назад 2,4 мільйона. Прогноз: Альф Лендон набере 57% і стане президентом. Насправді Франклін Рузвельт отримав 60,8% голосів і переміг у 46 штатах із 48. А Джордж Геллап опитав близько 50 000 людей, майже в 50 разів менше, і назвав переможця правильно. Річ була не в кількості відповідей, а в тому, чиї це відповіді.

На пальцяхкартинки, аналогії, маленькі числа

Шар «На пальцях» приховано на всіх задачах.

Парадокс великого опитування

У місті запустили новий трамвайний маршрут. Чотири команди хочуть дізнатися, чи він подобається людям. Перша питає випадкових перехожих. Друга телефонує вдень на домашні номери. Третя читає відгуки на сторінці міськради. Четверта поширює анкету в клубі любителів трамваїв, і її заповнює хто хоче. Збирайте відповіді й дивіться, куди повзуть лінії.

Випадкові перехожі–
Дзвінки вдень–
Відгуки–
Добровольці–

Насправді маршрут подобається 40% містян. Вісь відповідей логарифмічна: кожна поділка вдесятеро далі за попередню.

  • Більше відповідей не виправляє, кого питалиЩо більше відповідей, то впевненіше лінія прилипає до свого числа. Але кожна команда прилипає до свого, і лише перша — до правди.
  • Спершу спитайте: хто відповідав?Удень удома переважно пенсіонери. Відгуки пишуть ті, кого щось роздратувало. Анкету фан-клубу заповнюють фанати. Кожне таке «хто» зсуває відповідь.
Строготаблиці, графіки, формули

Шар «Строго» приховано на всіх задачах.

Що таке зміщена вибірка

Вибірка зміщена, коли спосіб відбору дає одним людям більше шансів потрапити до неї, ніж іншим, і ці шанси пов'язані з тим, що ми міряємо. Якщо всі мають однакові шанси, вибірка випадкова, і вона в середньому не помиляється.

Маленький приклад. Маршрут подобається 40% людей. Ті, кому подобається, відповідають удвічі охочіше. На кожні 100 містян маємо 40 · 2 = 80 «голосів» за і 60 проти. Опитування покаже:

80 / (80 + 60) = 80 / 140 ≈ 57% замість 40%

І так буде за будь-якої кількості відповідей: подвоєння ентузіазму не залежить від того, скільки людей ми опитали.

Що сталося з Literary Digest

Адреси журнал брав зі списків своїх передплатників, телефонних книг і реєстрів власників автомобілів. У розпал Великої депресії телефон і авто мали переважно заможніші родини, а вони частіше голосували проти Рузвельта. Це перша пастка: кого взагалі можна досягти. Друга виявилася ще більшою: анкету повернула лише чверть адресатів. Пізніший аналіз (Певеріл Сквайр, 1988) показав, що противники Рузвельта надсилали відповіді охочіше, і саме це найбільше зіпсувало прогноз.

Чотири способи змістити вибірку

  • Кого можна досягтиТелефонні книги 1936 року, онлайн-опитування, яке не бачать люди без інтернету, дзвінки вдень, коли працівники на роботі. Тих, кого немає у списку, опитування не почує, хоч скільки дзвони.
  • Хто відповідаєВідгуки про ресторан пишуть переважно дуже задоволені й дуже злі. Тихо задоволена більшість мовчить, тож рейтинг показує не «середнього гостя», а тих, кому було що сказати.
  • Хто вижив«Раніше будували на віки»: ми бачимо старі будинки, що простояли сто років, а ті, що розвалилися, давно знесли. Історії успіху розповідають ті, хто досяг успіху; ті, хто спробував і не зміг, на конференції не виступають.
  • Хто зголосився сам«Я кинув курити за цим методом і почуваюся чудово» пишуть ті, в кого вийшло. Ті, хто зірвався через тиждень, відгуків не залишають. Онлайн-голосування на сайті збирає тих, кому тема болить найбільше.

Мала випадкова проти великої зміщеної

Те саме місто. Проведемо по 200 опитувань двох видів: 100 випадкових перехожих або 10 000 відповідей на денні дзвінки, у сто разів більше. Кожне опитування — одна риска на графіку.

Середня помилка: 100 випадкових–
Середня помилка: 10 000 дзвінків–

Коли вірити опитуванню

  • Питайте, як відбирали людей«Опитали 100 000 читачів» нічого не каже про точність. «Опитали випадкових людей зі списку всіх виборців» каже багато.
  • Питайте, хто не відповівЯкщо відповіла лише чверть, дуже важливо, чим ця чверть відрізняється від решти.
  • Не дивіться на розмір окремоВеликий розмір зменшує лише випадковий розкид. Від зміщення він не захищає зовсім, а впевненості додає. Це найнебезпечніше поєднання.
  • Звіряйте з тим, що відомо напевноЯкщо у вибірці пенсіонерів удвічі більше, ніж у місті, щось пішло не так, і результатові вже не можна вірити напряму.
Глибшеузагальнення, теорія, історія

Шар «Глибше» приховано на всіх задачах.

Помилка = зміщення + шум

p̂ − p = (E[p̂] − p) + (p̂ − E[p̂]),   E[(p̂ − p)²] = зміщення² + q(1 − q) / n

Тут p — справжня частка, p̂ — частка у вибірці, q = E[p̂] — частка серед тих, хто реально потрапляє до вибірки. Перший доданок — зміщення q − p, другий — шум. Шум зменшується як 1/√n: учетверо більша вибірка розкидається вдвічі менше. Зміщення від n не залежить узагалі. Для дзвінків у нашому місті q = 60%, p = 40%:

ВідповідейШум (стандартне відхилення)Зміщення
1004,9 пункту20 пунктів
10 0000,49 пункту20 пунктів
1 000 0000,049 пункту20 пунктів

Мільйон відповідей дає дуже точну оцінку не того числа. Саме так виглядали 2,4 мільйона анкет 1936 року.

Зважування: латка, якій треба знати, кого бракує

p̂зв = Σg Ng/N · p̂g

У нашому місті чверть людей — пенсіонери. Серед них маршрут подобається 76%, серед решти 28%: разом 0,25 · 76% + 0,75 · 28% = 40%. Якщо у вибірці пенсіонерів забагато, можна порахувати частку окремо в кожній групі g і скласти з вагами, які групи мають у місті. Так роблять соціологи з віком, статтю, регіоном. Ось що дає зважування за віком для відповідей, зібраних угорі:

ОпитуванняПенсіонерів у вибірціЯк єЗважено за віком

Дзвінки зважування рятує майже повністю: там спотворено лише те, кого застали вдома, а серед пенсіонерів, що взяли слухавку, думки такі самі, як серед усіх пенсіонерів. Відгуки й анкету фанатів воно майже не виправляє: туди людей відбирає сама думка про маршрут, і всередині кожної вікової групи пишуть саме незадоволені або саме фанати. Зважування працює, лише коли ми знаємо, за якою ознакою люди випадають, і маємо її справжній розподіл. Якщо випадіння залежить від того, що ми міряємо, ніяка формула вже не знає, скільки бракує.

Якщо в таблиці риски, зберіть угорі хоча б кілька десятків відповідей.

Де це трапляється

Інші терміни