生物統計學習筆記從概念、推導到實務判讀

CHAPTER 01 · TOPIC 01

統計學導論

統計學(statistics)是一套從資料中取得資訊的方法。我們收集資料,通常不是只想看到一串數字,而是希望利用資料回答問題,例如資料集中在哪裡、彼此差異有多大、兩組之間是否可能存在差異,或某個變數能不能用來預測另一個變數。

本頁內容
  1. 敘述統計:整理與呈現資料
  2. 推論統計:由樣本了解母體
  3. 抽樣為什麼重要?
  4. 統計推論如何處理不確定性?
  5. 為什麼要學假設檢定?

統計學(statistics)是一套從資料中取得資訊的方法。我們收集資料,通常不是只想看到一串數字,而是希望利用資料回答問題,例如資料集中在哪裡、彼此差異有多大、兩組之間是否可能存在差異,或某個變數能不能用來預測另一個變數。

敘述統計:整理與呈現資料#

敘述統計(descriptive statistics)的目的,是將已經取得的資料加以整理、摘要與呈現,讓我們更容易看見資料的特性。

  • 使用表格與圖形呈現資料
  • 使用平均數或中位數描述資料的中心位置
  • 使用全距、變異數或標準差描述資料的變異程度
  • 觀察資料的分布形狀與可能的異常值

不同型態的資料適合使用不同的統計量與呈現方式。因此,在選擇統計方法之前,必須先了解資料的型態與特性。

推論統計:由樣本了解母體#

在實際研究中,我們通常無法觀察整個母體。母體可能非常龐大,全面測量可能需要過多時間與成本,有些測量甚至具有破壞性。因此,我們會從母體中抽取一部分觀察對象作為樣本,再利用樣本提供的資訊,推論母體可能的狀況。這類方法稱為推論統計(inferential statistics)。

  • 母體平均數可能是多少?
  • 兩組母體是否可能存在差異?
  • 兩個變數在母體中是否存在關聯?
  • 樣本中觀察到的結果,是否可能只是抽樣造成的隨機變動?

抽樣為什麼重要?#

不同樣本通常不會得到完全相同的結果。即使它們來自同一個母體,樣本平均數、比例或其他統計量,仍然會因隨機抽樣而有所變動。因此,從樣本推論母體時,不能只看樣本計算出來的數值,也必須評估其中的不確定性。

統計推論如何處理不確定性?#

統計推論不是只看單一數值,而是利用不同方法評估樣本所提供的資訊,以及推論中存在的不確定性。常見方法包括:

  • 點估計:利用樣本統計量估計母體參數
  • 區間估計:提供母體參數可能落入的範圍
  • 假設檢定:評估資料與某個統計假設是否相容
  • 預測:利用已知資料預測尚未觀察的結果
  • 統計建模:描述變數之間的關係

為什麼要學假設檢定?#

本筆記後續介紹的許多方法,都會使用假設檢定的共同架構。假設檢定不是一個孤立的章節,而是理解 t 檢定、卡方檢定、變異數分析、迴歸分析及其他統計方法的重要基礎。

  1. 提出虛無假設與對立假設
  2. 根據資料計算檢定統計量
  3. 在虛無假設成立的前提下,評估目前結果有多不尋常
  4. 結合 p 值、信賴區間、效果大小與研究背景作出判讀