統計與資料分析

平均值與標準差

Mean & Standard Deviation

平均月報酬一樣,經歷的漲跌也一樣嗎?調整示範資料,看見平均與波動回答不同問題。

先提問,再動手觀察

同樣平均 2%,漲跌也一樣嗎?

兩組六個月報酬的平均固定相同。改變 B 的分散程度,再加入一對正負極端值,先猜哪些數字會改變。

以下為示範資料,並非即時行情。月報酬 2 = 2%;標準差與報酬差額以百分點計,不做年化。

01 · 先猜猜看只知道平均相同,能推論波動相同嗎?

相同平均,不同報酬分散

月報酬率(%)
相同平均,不同報酬分散6 筆觀察。橫軸:示範月份(1–6)。縱軸:月報酬率(%)。可使用下方觀察值選單或資料表閱讀數字。-12513.56
示範月份(1–6)
資產 A(圓點)資產 B(方形)
第 1 筆 · 示範月份(1–6): 1資產 A(圓點): 1.5 · 資產 B(方形): -1
閱讀資料表
6 筆觀察值;單位標示於欄位標題。
序號示範月份(1–6)資產 A(圓點) · 月報酬率(%)資產 B(方形) · 月報酬率(%)
111.5-1
221.70.2
331.91.4
442.12.6
552.33.8
662.55

B平均月報酬(%)

x̄=126≈2

B標準差(百分點)

s=25.25≈2.245
A 平均月報酬2.00%n = 6
B 平均月報酬2.00%n = 6
A · 樣本 SD0.37 百分點
B · 樣本 SD2.24 百分點

平均都維持 2.00%;B 的 樣本 SD 是 2.24 百分點。首尾一減一加不改變平均,卻增加離平均的平方距離。

先將偏離平均的距離平方、加總,再除以 n−1 或 n,得到變異數;開平方才是標準差。六筆相同資料的樣本 SD 是母體 SD 的 √(6/5) 倍。n=1 時樣本 SD 無定義。

你剛剛看到了什麼?

兩組平均月報酬都為 2%,一組每月接近 2%,另一組常在大漲大跌之間擺動;看不出兩者的差別。

單位與頻率

報酬輸入 2 代表 2%,不是 2 倍。所有觀察應使用一致頻率;以百分點呈現,資料不自動年化。示範資料只用來說明概念。

平方偏差與極端觀察

偏離的數據先平方,因此極端觀察對變異數的影響特別大。樣本變異數以 n−1 調整估計偏差;不表示樣本本身完全無偏。

再看一個例子

  1. 以百分比數字輸入 −2、0、2、4、6;2 代表 2%。
  2. 計算平均值與兩種標準差,確認共有 5 筆觀察。
  3. 比較 n−1 與 n 的分母:同一資料的樣本標準差略高。
展開正式定義與公式

算術平均值是觀察數據的合計除以筆數;變異數平均衡量相對平均值的平方偏差,標準差則將它轉回原始單位。

平均

平均等於觀察值合計除以觀察數 n。

樣本變異數與標準差

樣本變異數以 n−1 作分母;樣本標準差是其平方根,n 必須大於 1。

母體變異數與標準差

母體變異數以 N 作分母;母體標準差是其平方根,μ 是這組完整母體的平均。

xᵢ / yᵢ
同一期間的觀察值;報酬率輸入 2 表示 2%,以百分數數值直接計算。
n / x̄ / s
n 是樣本觀察數,x̄ 是樣本平均,s 是以 n−1 作變異數分母的樣本標準差。
N / μ / σ
N 是完整母體的觀察數,μ 是母體平均,σ 是以 N 作變異數分母的母體標準差。
Units
報酬率的平均與界限用 %,標準差、標準誤及誤差幅度用百分點;變異數用百分點平方。不做年化。

常見誤區

不要把低波動當成保證獲利,也不要把算術平均月報酬直接乘 12 視為實際年報酬。只有一筆觀察的樣本標準差無定義,並非零。

常見問題

應該看樣本還是母體標準差?

若資料只是想推論的更大母體的一部分,通常使用樣本標準差。若只描述完整列出的資料組,母體標準差可描述該組資料本身。

標準差與變異數有什麼差別?

標準差是變異數的平方根,與原始數據同單位。報酬以百分比輸入時,標準差是百分點,變異數是百分點平方。

月報酬的標準差是年化波動率嗎?

不是。本工具維持輸入資料的觀察頻率,不默默乘上年化係數;年化另需頻率與獨立性等假設。

學完這頁,你可以…

  • 平均相同也可能有不同波動
  • 樣本與母體標準差的分母差異
詞彙參考2 個名詞

需要時再查;內文有底線的名詞也可以直接點開。