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兩家店的波動一樣嗎:F.TEST、F.DIST.RT 與 F.INV.RT 變異數檢定

5 分鐘閱讀Lv.3 中級摘要與日期

兩家店平均差不多,但一家的日杯數忽高忽低,另一家很穩,這個差別是真的還是巧合?整理 F.TEST、F.DIST、F.DIST.RT、F.INV、F.INV.RT 與 FTEST、FDIST、FINV 等舊名共 8 個函式,附手算的 F 值與 p 值。

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兩家分店過去 8 天的日杯數,平均差不多(139.6 杯和 137 杯),但看明細,忠孝店的數字上上下下,從 118 到 160,另一家的數字都擠在 130 到 144。平均一樣,波動不一樣:備貨、排班的難度完全不同。這個差別是兩家店真的不同,還是 8 天的巧合?今天來看回答這個問題的 F 檢定:F.TEST,以及背後的 F.DIST、F.INV 一整組。

坦白說,我工作上會用 F.TEST 的時機,通常是要做 T.TEST 之前,先確定兩組的變異數是不是差不多,決定 t 檢定要選類型 2 還是 3。其他函式也是在想弄清楚 F.TEST 怎麼算的時候才用到。t 檢定的部分在 t 分布與平均數檢定 講過。

範例資料

A 欄是日期,B 欄忠孝店、C 欄信義店,各 8 天的日杯數:

日期忠孝店信義店
第 1 天128131
第 2 天142138
第 3 天135136
第 4 天150141
第 5 天118130
第 6 天160144
第 7 天139137
第 8 天145139

貼到 A1:C9(含標題列)。先算兩家店的變異數(樣本變異數,標準差的平方):

Google 試算表公式
fx

E2:忠孝店變異數

=VAR.S(B2:B9)
Google 試算表公式
fx

E3:信義店變異數

=VAR.S(C2:C9)

E2 是 168.8393、E3 是 22.2857。F 檢定的統計量就是兩個變異數相除,E4 這樣寫(大的除小的,習慣上這樣擺):

Google 試算表公式
fx

E4:F 值

=E2/E3

168.8393 ÷ 22.2857 = 7.5761。F 值接近 1 代表兩組波動差不多,越大代表差越多。兩組都是 8 筆資料,所以分子自由度、分母自由度都是 8 − 1 = 7。

後面每個函式都是想回答:兩家店如果真的一樣穩,F 值會大到 7.5761 有多稀奇?

怎麼選

想做的事用這個備註
兩組資料直接比變異數,要 p 值F.TEST雙尾,不用先算 F 值
已有 F 值,要單尾 p 值F.DIST.RT右尾
要左尾或曲線高度F.DIST第四個參數選 TRUE 或 FALSE
給右尾機率,找臨界值F.INV.RTF 值超過就顯著
給左尾機率,反推F.INV比較少用

舊名 FTEST、FDIST、FINV 各有一節。

F.TEST

兩組資料直接比變異數,回傳雙尾 p 值。

語法:

Google 試算表公式
fx

兩家店的波動有沒有差

=F.TEST(B2:B9, C2:C9)

結果是 0.0159。p 值比 0.05 小很多,所以在 5% 的標準下,可以說兩家店的波動不一樣,忠孝店比信義店不穩定。

兩個範圍的順序不影響結果, 也是 0.0159。

這裡有一個要小心的地方:F 檢定對「資料是不是常態」非常敏感,資料如果有明顯的極端值或偏斜,結果會失真。8 天的資料也很少,這個 0.0159 我會當作「值得追查」的訊號,不會當作定論。

Sheets 說明頁寫的是「傳回與變異數相等性的 F 檢定相關的機率」,沒有註明是單尾還是雙尾,實際行為是雙尾,和 Excel 一致(Excel 官方說明明載為雙尾機率)。對照下面 F.DIST.RT 的 2 倍就能自己確認。

FTEST

F.TEST 的舊名,參數一樣。

語法:

Google 試算表公式
fx

舊名寫法

=FTEST(B2:B9, C2:C9)

結果同樣是 0.0159。

F.DIST.RT

F 分布的右尾機率:F 值大於 x 的面積。

語法:

Google 試算表公式
fx

F 值的右尾(單尾)p 值

=F.DIST.RT(E4, 7, 7)

結果是 0.0080。F.TEST 的 0.0159 就是它的兩倍(0.0080 × 2):因為事先沒有預設哪一家比較不穩,兩邊的尾巴都要算。如果事前就只想問「忠孝店是不是比信義店更不穩」,才用單尾的 0.0080;如果是看了數字才決定用單尾,就不算數了。

FDIST

F.DIST.RT 的舊名,參數一樣。

語法:

Google 試算表公式
fx

舊名寫法

=FDIST(E4, 7, 7)

結果是 0.0080。

F.DIST

左尾累積機率,或曲線的高度。

語法:

  • 累積:TRUE 是 F 小於等於 x 的機率,FALSE 是機率密度。
Google 試算表公式
fx

左尾累積機率

=F.DIST(E4, 7, 7, TRUE)

結果是 0.9920,加上右尾 0.0080 剛好是 1。

密度的例子:分子自由度 5、分母自由度 10、x = 2, 是 0.1620,是曲線上的高度,不是機率; 是 0.8358。

F.INV.RT

給右尾機率,反推 F 臨界值。

語法:

雙尾 5% 的檢定,每一邊要留 2.5%:

Google 試算表公式
fx

雙尾 5% 的 F 臨界值(右邊)

=F.INV.RT(0.025, 7, 7)

結果是 4.9949。F 值超過 4.9949,雙尾 p 值就會小於 0.05。E4 的 7.5761 超過了,結論和 F.TEST 的 0.0159 一致。

單尾 5% 的臨界值是 ,3.7870。

另一組常見的例子是分子自由度 3、分母自由度 10, 是 3.7083,對得上課本 F 分布表(5% 那一張)的那一格。

FINV

F.INV.RT 的舊名,參數一樣。

語法:

Google 試算表公式
fx

舊名寫法

=FINV(0.025, 7, 7)

結果是 4.9949。

F.INV

給左尾機率,反推 F 值。

語法:

Google 試算表公式
fx

左尾 2.5% 的 F 值

=F.INV(0.025, 7, 7)

結果是 0.2002。兩邊自由度一樣的時候,左尾 2.5% 的位置剛好是右尾 2.5% 位置的倒數:1 ÷ 4.9949 = 0.2002。所以雙尾檢定的接受範圍是 0.2002 到 4.9949,F 值落在外面就算兩家店波動不同。

兩邊自由度不同的時候,這個倒數關係要把分子分母自由度對調才成立,不要直接套用。

這個結果接到前面提的 T.TEST:兩家店的變異數看起來不同,要比平均的時候,類型要選 3(變異數不一定相等),不要選 2。變異數檢定本身和 卡方檢定 一樣只回答「像不像巧合」,兩家店差多少杯的波動,才是排班要看的數字:忠孝店標準差 13.0 杯、信義店 4.7 杯,差了快三倍。

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#F 檢定#變異數#穩定度#假設檢定
喜特先生 Mr. Sheet

喜特先生 Mr. Sheet

數據分析師/商業分析師

八年工作經驗,跨不同業界解決數據需求。做過的案例都整理在作品集。

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