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Tag 299 von 365 · Experte · Monat 10: Bits und Daten

Statistik

Messreihen auswerten: Mittel, Spannweite und Standardabweichung in drei Durchläufen und Ausreißer, die mehr als zwei Abweichungen vom Mittel entfernt liegen.

Lektion 20 Min. Woche 43

Das lernst du heute

  • Mittel, Spannweite, Abweichung
  • Ausreißer erkennen

Sechs Temperatursensoren im Gewächshaus melden 20, 21, 19, 20, 22 und 40 °C. Das Mittel ist 23,7 °C – und damit falsch für jede einzelne Ecke. Einer der Sensoren hängt neben der Heizung. Statistik zeigt dir, wie sehr eine Messreihe streut und welcher Wert aus der Reihe tanzt.

Mittel, Spannweite, Abweichung

KennzahlRechnungsagt
MittelSumme / Anzahlwo die Werte liegen
SpannweiteMaximum − Minimumwie weit die Extreme auseinander sind
StandardabweichungWurzel aus dem Mittel der quadrierten Abstände zum Mittelwie stark die Werte typischerweise streuen

Die Spannweite ist schnell gerechnet, reagiert aber nur auf die beiden Extreme. Die Standardabweichung (σ) bezieht jeden Wert ein.

Zwei Durchläufe

Für σ brauchst du erst das Mittel und dann den Abstand jedes Werts dazu. Die Werte liegen im Stack, also gehst du zweimal durch:

runde2:
get wert db i
sub wert wert mittel        # Abstand zum Mittel
mul wert wert wert          # quadriert
add summe summe wert
add i i 1
blt i ANZAHL runde2
div abw summe ANZAHL
sqrt abw abw

Durch die Anzahl zu teilen ergibt die Abweichung der Messreihe selbst. Für Anlagen reicht das völlig.

Ausreißer erkennen

Eine gängige Faustregel: Ein Wert, der mehr als zwei Standardabweichungen vom Mittel entfernt liegt, ist verdächtig. Bei den sechs Sensoren oben ist σ ≈ 7,4 °C. Der 40-°C-Sensor liegt 16,3 °C über dem Mittel – mehr als 2 · 7,4. Die anderen liegen alle darunter.

sub wert wert mittel
abs wert wert
sgt wert wert tmp           # tmp = 2 · σ
add aus aus wert
Achtung

Liegen alle Werte gleich, ist σ = 0. Dann ist jeder noch so kleine Unterschied „mehr als zwei Abweichungen“. Prüfe deshalb mit sgt (echt größer) und nicht mit sge – bei σ = 0 und gleichen Werten bleibt der Abstand 0 und zählt nicht.

Tipp

Ein Ausreißer verzieht auch das Mittel und σ selbst. Wer es genau braucht, rechnet nach dem Entfernen der Ausreißer ein zweites Mal. Für eine Warnlampe reicht der erste Durchgang.

Schaubild

Der Stack mit Stapelzeiger Platz 0 10 Platz 1 20 Platz 2 30 Platz 3 Platz 4 sp = 3 nächster freier Platz push 40 pop r0 r0 = 30 zuletzt rein, zuerst raus
Erst das Mittel, dann der Abstand jedes Werts zum Mittel – zwei Durchläufe über dieselben Daten.

Übung

Aufgabe

Sechs Messwerte stehen in w0 bis w5 und werden schon in den Stack gelegt. Berechne:

  • mittel = Mittelwert
  • spann = Maximum − Minimum
  • abw = Standardabweichung (durch die Anzahl teilen)
  • aus = Zahl der Werte, die mehr als 2 · abw vom Mittel entfernt sind

Hinweise

Hinweis 1

Erster Durchlauf: Summe, min und max. Danach Mittel und Spannweite.

Hinweis 2

Zweiter Durchlauf: Abstand zum Mittel quadrieren und aufsummieren, durch ANZAHL, sqrt.

Hinweis 3

Dritter Durchlauf: abs des Abstands mit sgt gegen 2 · abw vergleichen.

Quiz

4 Fragen. Ab 60 % ist das Quiz bestanden – die Auswertung macht der Server.

Tag abschließen

  • Übung im Simulator bestanden
  • Quiz mit mindestens 60 % bestanden

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