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常態分布函式全整理:NORM.DIST、NORM.INV、STANDARDIZE 與標準常態

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用 10 家分店的日杯數,整理 NORM.DIST、NORM.INV、NORM.S.DIST、NORM.S.INV、STANDARDIZE、GAUSS、PHI 與舊名 NORMDIST 等 11 個常態分布函式,附語法、手算過程與對得上課本表的數值。

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這篇來整理跟常態分布有關的 11 個函式:NORM.DIST、NORM.INV、STANDARDIZE,加上標準常態的 NORM.S.DIST、NORM.S.INV,還有舊名 NORMDIST 一族以及比較冷門的 GAUSS 跟 PHI。

坦白說,我工作上用最多的是 NORM.DIST 跟 NORM.INV,大概就是「這個數字在一堆數字裡算高還是低」跟「假設分布的第 90 百分位在哪裡」這兩種問題。平均與標準差怎麼算,在 平均數會說謊 那篇講過了,這邊直接拿來用。

範例資料

這篇和另外兩篇(t 分布與平均數檢定、信賴區間)都用同一份資料:10 家分店的日均杯數,A 欄是分店,B 欄是這個月的日均杯數,C 欄是推出活動後的日均杯數,D 欄是日均人流(百人)。這篇只會用到 B 欄。

分店本月日均杯數活動後日均杯數日均人流(百人)
忠孝店12813324
信義店14214922
板橋店13513826
新莊店15015825
中和店11812121
三重店16016327
桃園店13914723
新竹店14515028
台中店13113722
高雄店15216027

在 F2、F3 先放好平均與標準差,後面的公式都會用到:

Google 試算表公式
fx

F2:本月日均杯數的平均

=AVERAGE(B2:B11)
Google 試算表公式
fx

F3:樣本標準差

=STDEV.S(B2:B11)

F2 是 140,F3 是 12.5078。

這邊要先說一個誠實的前提:10 個點的資料很難證明它是常態分布,下面把它當成常態來用,是為了示範函式。真的要做決策,資料量要多很多,或者先畫直方圖看一眼形狀。

怎麼選

想知道用這個白話
某個值以下的機率NORM.DIST(x, 平均, 標準差, TRUE)低於 x 的比例
某個值的高度(密度)NORM.DIST(x, 平均, 標準差, FALSE)畫曲線用,很少直接拿來判斷
給機率,反推數值NORM.INV(機率, 平均, 標準差)第 90% 的位置在哪
距離平均幾個標準差STANDARDIZE(x, 平均, 標準差)Z 分數
平均 0、標準差 1 的版本NORM.S.DIST、NORM.S.INV拿 Z 分數查表

舊名 NORMDIST、NORMINV、NORMSDIST、NORMSINV 是同一件事,新舊並存,下面各自有一節。

NORM.DIST

給一個數值,算常態分布在這個點的累積機率或密度。

語法:

  • 數值:要查的點。
  • 平均、標準差:分布的兩個參數。
  • 累積:TRUE 是累積機率(這個值以下的面積),FALSE 是機率密度(曲線的高度)。

先手算。我想知道「日均 150 杯的分店,在這 10 家店裡算多前面」:Z 分數是 (150 − 140) ÷ 12.5078 = 0.7995,也就是比平均高 0.8 個標準差。接著用函式:

Google 試算表公式
fx

日均 150 杯以下的累積機率

=NORM.DIST(150, F2, F3, TRUE)

你應該會得到 0.7880,意思是常態分布下大約 79% 的分店低於 150 杯,高於 150 杯的就是 1 − 0.7880 = 0.2120。

想算一個區間,兩個累積機率相減。日均在 130 到 150 杯之間的比例:

Google 試算表公式
fx

130 到 150 杯之間的機率

=NORM.DIST(150, F2, F3, TRUE) - NORM.DIST(130, F2, F3, TRUE)

結果是 0.5760。130 與 150 剛好離平均 10 杯,一左一右對稱,所以這個數字等於下面 GAUSS 那節的兩倍。

最後一個參數改成 FALSE,得到的是密度, 是 0.0232。密度不是機率,單看這個數字不能說「有 2.32% 的分店剛好 150 杯」,它的用途是畫鐘形曲線的高度。

NORM.INV

NORM.DIST 的反向:給累積機率,找出對應的數值。

語法:

  • 機率:0 到 1 之間,不含 0 和 1。

舉例來說,先求這個假設分布的第 90 百分位:

Google 試算表公式
fx

累積機率 90% 的位置

=NORM.INV(0.9, F2, F3)

結果是 156.0294,向上進位為 157 杯。這是跨店的示範,不是單店的備貨模型。公式可以包一層:

Google 試算表公式
fx

進位成整數杯數

=ROUNDUP(NORM.INV(0.9, F2, F3), 0)

得到 157。機率超出 0 到 1 會出現 #NUM!。

NORM.S.DIST

標準常態分布(平均 0、標準差 1)的累積機率,拿 Z 分數直接查。

語法:

  • Z:Z 分數。

這就是課本後面那張 Z 表:

Google 試算表公式
fx

Z = 1.96 的累積機率

=NORM.S.DIST(1.96)

結果是 0.9750,對得上表裡的 0.9750。這也是「95% 信賴水準用 1.96」的由來:左右各留 2.5%。

前面 150 杯的例子,Z 分數放在 H2(下一節的 STANDARDIZE), 會得到跟 NORM.DIST(150, F2, F3, TRUE) 一樣的 0.7880。

NORM.S.DIST 的第二參數 cumulative 可以省略,省略或填 TRUE 都算累積機率,NORM.S.DIST(1.96) 為 0.9750021049;填 FALSE 算密度,為 0.05844094433。

NORM.S.INV

NORM.S.DIST 的反向:給累積機率,回傳 Z 分數。

語法:

Google 試算表公式
fx

累積機率 97.5% 對應的 Z 分數

=NORM.S.INV(0.975)

結果是 1.9600。 是 1.2816,剛好就是前面備貨公式裡 140 + 1.2816 × 12.5078 = 156.0294 那個倍數。

NORMDIST

NORM.DIST 的舊名,參數與結果完全一樣。

語法:

Google 試算表公式
fx

舊名寫法,結果與 NORM.DIST 相同

=NORMDIST(150, F2, F3, TRUE)

結果是 0.7880。舊文章或別人傳給你的檔案裡常常看到這種寫法,不需要特地改掉,新寫的公式用 NORM.DIST 就好。

NORMINV

NORM.INV 的舊名。

語法:

Google 試算表公式
fx

舊名寫法,結果與 NORM.INV 相同

=NORMINV(0.9, F2, F3)

結果是 156.0294。

NORMSDIST

NORM.S.DIST 的舊名,只吃 Z 分數一個參數,回傳累積機率。

語法:

Google 試算表公式
fx

舊名寫法,查 Z 表

=NORMSDIST(1.96)

結果是 0.9750。

NORMSINV

NORM.S.INV 的舊名。

語法:

Google 試算表公式
fx

舊名寫法,反查 Z 表

=NORMSINV(0.975)

結果是 1.9600。

STANDARDIZE

把一個數值換成 Z 分數:距離平均幾個標準差。

語法:

跟手算的 (150 − 140) ÷ 12.5078 是同一件事:

Google 試算表公式
fx

H2:150 杯的 Z 分數

=STANDARDIZE(150, F2, F3)

結果是 0.7995。Z 分數的好處是不同單位的東西可以比。例如一家店杯數 Z 是 0.8、客單價 Z 是 −0.3,就知道它杯數比同儕高、客單價偏低,不用管兩個數字差了幾個位數。

GAUSS

標準常態下,從平均 (Z = 0) 到 Z 之間的機率,也就是 NORM.S.DIST(Z) − 0.5。

語法:

Google 試算表公式
fx

平均到 Z = 1 之間的機率

=GAUSS(1)

結果是 0.3413,對應我們熟悉的「正負 1 個標準差內約 68%」(0.3413 × 2 = 0.6827)。

前面 150 杯的例子, 是 0.2880,也就是 130 到 150 杯那 0.5760 的一半。

PHI

標準常態分布的密度(鐘形曲線的高度),平均 0、標準差 1。

語法:

Google 試算表公式
fx

曲線最高點(Z = 0)的密度

=PHI(0)

結果是 0.3989。 是 0.2420。它等於 NORM.DIST(Z, 0, 1, FALSE),我自己幾乎只在畫常態曲線圖時用到:A 欄放 −3 到 3,B 欄放 PHI,畫成折線圖就有鐘形了。

常用的對照值

不用每次查,這幾個值背起來就夠用。數字都是上面幾個函式實際算出來的:

信賴水準(雙尾)累積機率Z 分數
90%0.951.6449
95%0.9751.9600
99%0.9952.5758

這幾個 Z 值會在 信賴區間 那篇再出現。如果樣本只有 10 家店這麼少,改用 t 分布 會比較誠實。

試著把自己的資料丟進去算算看吧!

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#常態分布#標準差#Z 分數#機率
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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