Wat is Standaardafwijking?

Een grootheid die de omvang van de spreiding van gegevens of van een stochastische variabele uitdrukt, vaak geschreven als σ (sigma). De variantie is het gemiddelde van de gekwadrateerde afwijkingen van elke waarde ten opzichte van het gemiddelde, en de standaardafwijking is de positieve vierkantswortel daarvan. Ze heeft dezelfde eenheid als de oorspronkelijke gegevens, zodat de breedte van de spreiding direct kan worden uitgedrukt, zoals het gemiddelde ±1σ of ±3σ. Ze wordt veel gebruikt voor de regelgrenzen bij procesbeheersing, procescapabiliteitsindices, de beoordeling van meetfouten en berekeningen met de normale verdeling.

Japanse benaming: 標準偏差

“Standaardafwijking” komt voor in 16 oefenvragen uit 5 onderwerpen, bijv. Kansrekening, statistiek en wachtrijen, Opbrengst en kwaliteitsbeheersing, Ionenimplantatie.

Vakgebied: Kansrekening, statistiek en wachtrijen

Hoe ze wordt berekend

Met gemiddelde μ is de variantie het gemiddelde van (x − μ)², en de standaardafwijking is de vierkantswortel daarvan. Voor 2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9 is het gemiddelde bijvoorbeeld 5, de som van de gekwadrateerde afwijkingen 32, de variantie 32 ÷ 8 = 4 en de standaardafwijking 2. De variantie heeft het kwadraat van de eenheid van de gegevens, dus om de breedte van de spreiding in dezelfde eenheid als de gegevens te tonen, wordt de standaardafwijking gebruikt.

Delen door n of door n − 1

Om de spreiding van de beschikbare gegevens zelf te beschrijven, wordt de som van de gekwadrateerde afwijkingen gedeeld door het aantal waarden n. Om de variantie van een populatie uit een steekproef te schatten, gebruikt men gewoonlijk de zuivere variantie, gedeeld door n − 1. Omdat het steekproefgemiddelde de waarde is die het dichtst bij de steekproefgegevens ligt, onderschat delen door n de variantie van de populatie iets. Spreadsheetprogramma's hebben functies voor beide, dus controleer welke wordt gebruikt.

Waar ze wordt gebruikt

Bij procesbeheersing worden de regelgrenzen van een regelkaart getrokken op de centrale lijn ±3σ, en de procescapabiliteitsindex Cp vergelijkt de breedte van de specificatie met 6σ. Bij gegevens die een normale verdeling volgen, ligt ongeveer 68% binnen het gemiddelde ±1σ, ongeveer 95% binnen ±2σ en ongeveer 99,7% binnen ±3σ. De standaardfout, die de spreiding van het steekproefgemiddelde beschrijft, is σ/√n: de standaardafwijking van de populatie gedeeld door de vierkantswortel van de steekproefgrootte.

Nu oefenen: vragen over Standaardafwijking

Welke formule geeft de procescapabiliteitsindex Cp (wanneer het midden van de specificatie samenvalt met het procesgemiddelde)? (σ: standaardafwijking van het proces)

  1. A(bovenste specificatiegrens − onderste specificatiegrens) ÷ 6σ
  2. Bgemiddelde ÷ σ
  3. Cσ ÷ gemiddelde
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. (bovenste specificatiegrens − onderste specificatiegrens) ÷ 6σ

Cp is de breedte van de specificatie gedeeld door de processpreiding (6σ) en geeft aan met hoeveel marge het proces aan de specificatie voldoet. Bij Cp = 1 is de specificatiebreedte precies ±3σ en valt circa 0,27 % buiten de specificatie. In het algemeen wordt de procescapabiliteit als voldoende beschouwd bij Cp ≥ 1,33 (±4σ tot de specificatiegrens). Gemiddelde ÷ σ en het omgekeerde daarvan zijn andere grootheden die de relatieve grootte van de spreiding aangeven.

Neem voor de variantie de som van de gekwadrateerde afwijkingen van het gemiddelde, gedeeld door het aantal waarden. Wat is de standaardafwijking van de 8 gegevens 2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9?

  1. A2
  2. B4
  3. C5
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. 2

Het gemiddelde is (2 + 4 + 4 + 4 + 5 + 5 + 7 + 9) ÷ 8 = 40 ÷ 8 = 5. De gekwadrateerde afwijkingen van het gemiddelde zijn 9, 1, 1, 1, 0, 0, 4, 16, met als som 32, dus de variantie is 32 ÷ 8 = 4. De standaardafwijking is de positieve vierkantswortel van de variantie: √4 = 2.

Veelgestelde vragen

Wanneer gebruik je de variantie en wanneer de standaardafwijking?

De standaardafwijking wordt gebruikt om de breedte van de spreiding in dezelfde eenheid als de gegevens uit te drukken en te vergelijken. De variantie is handig tijdens berekeningen: de variantie van een som van onafhankelijke grootheden is de som van hun varianties. Resultaten worden meestal gerapporteerd na het nemen van de vierkantswortel, dus weer als standaardafwijking.

Wat gebeurt er met de standaardafwijking als twee onafhankelijke bronnen van spreiding samenkomen?

Als ze onafhankelijk zijn, tellen hun varianties op, zodat de gecombineerde standaardafwijking √(σ₁² + σ₂²) is. Onafhankelijke variaties met standaardafwijkingen van 3 nm en 4 nm geven samen bijvoorbeeld een standaardafwijking van 5 nm, kleiner dan de eenvoudige som van 7 nm. Dit idee wordt gebruikt bij het optellen van toleranties en het combineren van fouten; het geldt niet als de twee variaties gecorreleerd zijn.

“Standaardafwijking” in de toelichting

Vragen met “Standaardafwijking” (16)

  1. Welke formule geeft de procescapabiliteitsindex Cp (wanneer het midden van de specificatie samenvalt met het procesgemiddelde)? (σ: standaardafwijking van het proces)
  2. Neem voor de variantie de som van de gekwadrateerde afwijkingen van het gemiddelde, gedeeld door het aantal waarden. Wat is de standaardafwijking van de 8 gegevens 2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9?
  3. De afmeting van een onderdeel volgt een normale verdeling met een gemiddelde van 50,0 mm en een standaardafwijking van 0,1 mm. Welke waarde ligt het dichtst bij het aandeel onderdelen waarvan de afmeting tussen 49,7 mm en 50,3 mm ligt?
  4. A haalde 80 punten op toets X en B haalde 75 punten op toets Y. Toets X had een gemiddelde van 65 en een standaardafwijking van 10, en toets Y had een gemiddelde van 60 en een standaardafwijking van 6. Welke vergelijking van hun relatieve positie binnen hun eigen toets, met de gestandaardiseerde waarde z = (score − gemiddelde) ÷ standaardafwijking, is juist?
  5. De vertraging van een pad in een schakeling varieert van chip tot chip volgens een normale verdeling met een gemiddelde van 940 ps en een standaardafwijking van 30 ps. Neem aan dat bij een normale verdeling ongeveer 95,4% binnen het gemiddelde ±2σ ligt. Welke waarde ligt het dichtst bij het aandeel chips waarvan de vertraging de klokperiode van 1000 ps overschrijdt?
  6. Twee grootheden x en y hebben een correlatiecoëfficiënt van 0,8; de standaardafwijking van x is 5 en die van y is 10. Wat is de helling van de met de kleinstekwadratenmethode bepaalde regressielijn die y uit x voorspelt?
  7. Uit een populatie met een standaardafwijking van 12 wordt aselect een steekproef van grootte 36 getrokken. Wat is de standaardfout van het steekproefgemiddelde (de standaardafwijking die de spreiding van het steekproefgemiddelde beschrijft)?
  8. Van een populatie is bekend dat de standaardafwijking 10 is. Een steekproef van grootte 100 uit deze populatie heeft een steekproefgemiddelde van 50,0. Neem voor de tweezijdige 95%-waarde van de standaardnormale verdeling 1,96. Wat is het 95%-betrouwbaarheidsinterval voor het populatiegemiddelde?
  9. Welke combinatie van de verdeling die de diepteverdeling van de dopeerstof na ionenimplantatie bij benadering beschrijft en de grootheid die de diepte van de piek aangeeft, is juist?
  10. Waarop moet worden gelet bij het gebruik van fotoresist als masker voor ionenimplantatie?
  11. Wat is de juiste oorzaak waarom dopeerstof bij implantatie nabij de rand van een masker zijdelings onder het masker doordringt?
  12. Hoe worden de regelgrenzen in een regelkaart (Shewhart-regelkaart) voor procesbeheersing in het algemeen vastgesteld?
  13. Welke regelkaart zet het gemiddelde en het bereik (maximum − minimum) van steekproeven elk in de tijd uit, om veranderingen in het procesgemiddelde en veranderingen in de spreiding gelijktijdig te bewaken?
  14. Welke beschrijving van de correlatiecoëfficiënt van twee grootheden is juist?
  15. Welke van de volgende stappen bij het bouwen van een machinelearningmodel veroorzaakt data leakage (informatie uit de evaluatiedata die in de training terechtkomt)?

Verwante termen

Normale verdeling Projected range (Rp) Correlatiecoëfficiënt Ionenimplantatie Dosis Regelkaart (control chart) Procescapabiliteitsindex (Cpk) Betrouwbaarheidsinterval Channeling Fotoresist

Naar de woordenlijst