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輸入計算

數學公式

數學公式: 標準差計算機

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結果

標準差
1.5811
平均數 3
變異數 2.5
中位數 3
最小值 1
最大值 5
個數 5
總和 15

這個計算機能做什麼

這款標準差計算機只要輸入一串數字,就能立刻算出樣本標準差,並附上完整的描述統計量:平均數、中位數、變異數、最小值、最大值、個數與總和。無論你是學生、分析師、研究人員,或任何想了解一組數據離散程度的人,都不必再開試算表,動動手指就能搞定。

使用方法

畫面上只有一個欄位:輸入數字(以逗號分隔)。把你的數值用逗號、分號或空格隔開後貼上或輸入即可——計算機對分隔符號相當有彈性,還會自動略過空白項目。舉例來說,你可以輸入 4, 8, 15, 16, 23, 42 後送出。

  • 平均數 – 所有數值的平均
  • 中位數 – 位居中間的數值(第 50 百分位)
  • 標準差 – 數值通常偏離平均數的程度
  • 變異數 – 標準差的平方
  • 最小值、最大值、個數、總和 – 一眼掌握的基本統計數字

公式說明

本工具採用的是樣本標準差公式:

$$s = \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n} (x_i - \bar{x})^2}{n - 1}}$$

其中 \(x_i\) 代表每一個數值,\(\bar{x}\) 是平均數,\(n\) 則是數值個數。請注意分母是 \(n - 1\) 而非 \(n\)——這就是所謂的「貝索校正(Bessel's correction)」。當你的資料只是從更大母體中抽出的樣本時,這項校正能提供不偏的估計值。變異數則單純是 \(s^2\)。

實際範例

以這組數值 4, 8, 15, 16, 23, 42 為例:

  • 個數 = 6,總和 = 108
  • 平均數 = 108 ÷ 6 = 18
  • 各項離差平方:(4−18)² + (8−18)² + (15−18)² + (16−18)² + (23−18)² + (42−18)² = 196 + 100 + 9 + 4 + 25 + 576 = 910
  • 變異數 = 910 ÷ (6 − 1) = 182
  • 標準差 = √182 ≈ 13.49

這組數值的中位數,則取最中間兩個數(15 與 16)的平均 = 15.5。

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解釋您的結果

標準差(SD)告訴您資料集中個別值平均距離平均值有多遠。它以與您的資料相同的單位報告,這使其直接可解釋。

  • 較大的 SD —— 這些值在平均值周圍分佈更廣,變化幅度很大。
  • 較小的 SD —— 這些值聚集在平均值附近,更加一致。
  • SD 為 0 —— 每個值都相同(完全沒有變化),因此平均值等於每個值。

由於 SD 取決於資料的尺度,很難比較以不同單位測量或具有非常不同平均值的資料集之間的分佈。為此,請使用變異係數(CV),定義為 SD 除以平均值,通常以百分比表示:

$$\text{CV} = \frac{s}{\bar{x}} \times 100\%$$

例如,具有 \(s = 6\) 和 \(\bar{x} = 40\) 的資料集的 CV 為 15%,表示分佈是平均值的 15% —— 這是相對測量,您可以將其與完全不同尺度的資料集進行比較。

當您的資料大致呈鐘形(近似正態分佈)時,經驗法則可快速了解 SD 與分佈的關係:

  • 68% 的值在平均值的 1 SD 範圍內(在 \(\bar{x}-s\) 和 \(\bar{x}+s\) 之間)。
  • 95% 落在平均值的 2 SD 範圍內。
  • 99.7% 落在平均值的 3 SD 範圍內。

因此,對於平均值為 \(\bar{x}=100\) 和 \(s=10\) 的近似正態資料,大約 95% 的值將位於 80 到 120 之間。超過 2–3 SD 的值不常見,可能值得檢查是否為潛在異常值。

定義與詞彙表

平均值(\(\bar{x}\))
算術平均值 —— 所有值的和除以計數。它是測量偏差的中心點。
中位數
資料排序後的中間值;當計數為偶數時,它是兩個中間值的平均值。它受異常值的影響比平均值要少。
標準差(s)
值與平均值之間的典型距離,以原始單位表示 —— 方差的平方根。
方差(\(s^2\))
與平均值的平方偏差的平均值(樣本使用 \(n-1\))。它以平方單位表示,這就是為什麼通常首選 SD 進行解釋。
樣本與總體
樣本是從較大群體中抽取的子集,除以 \(n-1\);總體包括每個成員,除以 \(n\)。本工具計算樣本 SD。
貝塞爾修正(\(n-1\))
使用樣本時除以 \(n-1\) 而不是 \(n\)。它糾正樣本方差低估真實總體方差的傾向。
偏差
個別值與平均值之間的差值,\(x_i - \bar{x}\)。對這些偏差進行平方是方差計算的核心。
計數(n)
輸入的值的數量 —— 資料集的大小。
總和
所有值相加的總計;將其除以計數可得出平均值。
最小值
資料集中的最小值。
最大值
資料集中的最大值;最大值減去最小值得出範圍。

常見問題

這算的是樣本標準差還是母體標準差? 本計算機算的是樣本標準差,分母為 \(n - 1\)。若你需要母體標準差(分母為 \(n\)),兩者在大型資料中差異很小,但在資料筆數少時就會比較明顯。

可以使用哪些分隔符號? 逗號、分號、空格或換行都行,因此你可以直接從試算表複製一整欄貼上。

為什麼要把變異數和標準差一起顯示? 變異數就是標準差的平方,常用於各種統計檢定與變異數分析(ANOVA);而標準差因為單位與原始資料相同,相對更容易解讀。

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