Capitolo 12: Indici di Posizione (Media, Mediana e Moda)

Trovare il "centro" dei tuoi dati!

Introduzione: Riassumere i Dati con un Valore Unico

Dopo aver organizzato e visualizzato i dati attraverso tabelle e grafici, il passo successivo nella statistica descrittiva è riassumerli in modo efficace. Le misure di posizione (o misure di tendenza centrale) sono valori che descrivono il "centro" o il "valore tipico" di un insieme di dati. Ci permettono di avere un'idea immediata della grandezza delle osservazioni con un solo numero.

Le tre misure di posizione più comuni sono la Media, la Mediana e la Moda. Ognuna di esse ha caratteristiche diverse ed è più adatta a seconda del tipo di dati e della domanda a cui si vuole rispondere.

La Media Aritmetica ($ \bar{x} $)

La Media Aritmetica è la misura di posizione più conosciuta e utilizzata. Si calcola sommando tutti i valori dell'insieme di dati e dividendo la somma per il numero totale di osservazioni ($N$).

Formula:

$$ \bar{x} = \frac{\sum_{i=1}^{N} x_i}{N} $$

Dove $x_i$ sono i singoli valori e $N$ è il numero totale di valori.

La media è sensibile ai valori anomali (outlier), ovvero valori molto grandi o molto piccoli che possono "spostare" il valore della media.

La Mediana (Me)

La Mediana è il valore centrale di un insieme di dati che sono stati ordinati in modo crescente o decrescente. Divide l'insieme di dati a metà, in modo che il 50% delle osservazioni sia minore o uguale alla mediana e il 50% sia maggiore o uguale.

Per calcolare la mediana:

  1. Ordina i dati: Disponi tutti i valori in ordine crescente (o decrescente).
  2. Identifica la posizione centrale:
    • Se il numero di osservazioni ($N$) è dispari, la mediana è il valore che si trova esattamente al centro (posizione $\frac{N+1}{2}$).
    • Se il numero di osservazioni ($N$) è pari, la mediana è la media dei due valori centrali (posizioni $\frac{N}{2}$ e $\frac{N}{2} + 1$).

La mediana è meno sensibile agli outlier rispetto alla media, rendendola una misura più robusta in presenza di valori estremi.

La Moda (Mo)

La Moda è la modalità (valore o categoria) che si presenta con la frequenza più alta in un insieme di dati. È l'unica misura di posizione che può essere utilizzata anche per caratteri qualitativi nominali (es. colore preferito).

Per trovare la moda:

  1. Conta le frequenze: Per ogni modalità, conta quante volte appare.
  2. Identifica la massima frequenza: La modalità con la frequenza più alta è la moda.

Un insieme di dati può avere:

Comprendere e saper calcolare queste tre misure è fondamentale per iniziare a descrivere sinteticamente un insieme di dati.

Esempi Guidati

Esempio 1: Calcolo di Media, Mediana e Moda (N dispari)

Dato il seguente set di voti di 7 studenti: 7, 5, 8, 7, 9, 6, 7. Calcola la media, la mediana e la moda.

Soluzione:

Dati: 7, 5, 8, 7, 9, 6, 7 (N = 7)

Media:

$\bar{x} = \frac{7+5+8+7+9+6+7}{7} = \frac{49}{7} = 7$

La media è 7.

Mediana:

Ordina i dati: 5, 6, 7, 7, 7, 8, 9

Poiché N=7 (dispari), la posizione della mediana è $\frac{7+1}{2} = 4$.

Il valore alla 4a posizione è 7.

La mediana è 7.

Moda:

Voto 5: 1 volta

Voto 6: 1 volta

Voto 7: 3 volte

Voto 8: 1 volta

Voto 9: 1 volta

Il valore che appare più frequentemente è 7.

La moda è 7.

Esempio 2: Calcolo di Media, Mediana e Moda (N pari)

Dato il seguente set di altezze (in cm) di 8 persone: 160, 175, 168, 180, 165, 172, 170, 168. Calcola la media, la mediana e la moda.

Soluzione:

Dati: 160, 175, 168, 180, 165, 172, 170, 168 (N = 8)

Media:

$\bar{x} = \frac{160+175+168+180+165+172+170+168}{8} = \frac{1358}{8} = 169.75$

La media è 169.75 cm.

Mediana:

Ordina i dati: 160, 165, 168, 168, 170, 172, 175, 180

Poiché N=8 (pari), i valori centrali sono quelli alle posizioni $\frac{8}{2} = 4$ e $\frac{8}{2} + 1 = 5$.

I valori sono il 4° (168) e il 5° (170).

Mediana = $\frac{168+170}{2} = \frac{338}{2} = 169$

La mediana è 169 cm.

Moda:

Osserva le frequenze dei valori:

  • 160: 1
  • 165: 1
  • 168: 2
  • 170: 1
  • 172: 1
  • 175: 1
  • 180: 1

Il valore che appare più frequentemente è 168.

La moda è 168 cm.

Esempio 3: Calcolo della Moda per Dati Qualitativi

Un'indagine sui colori preferiti (per 10 persone) ha dato: Rosso, Blu, Verde, Rosso, Blu, Rosso, Giallo, Verde, Blu, Rosso. Trova la moda.

Soluzione:

Frequenze:

  • Rosso: 4
  • Blu: 3
  • Verde: 2
  • Giallo: 1

Il colore che appare più frequentemente è Rosso (4 volte).

La moda è Rosso.

Esempio 4: Mediana e Outlier

Considera due set di dati sul reddito annuale (in migliaia di euro):

Set A: 25, 30, 32, 35, 40

Set B: 25, 30, 32, 35, 200

Calcola la media e la mediana per entrambi i set e commenta l'effetto dell'outlier.

Soluzione:

Set A (25, 30, 32, 35, 40):

Media: $\bar{x}_A = \frac{25+30+32+35+40}{5} = \frac{162}{5} = 32.4$

Mediana (dati già ordinati, N=5, posizione 3): 32

Set B (25, 30, 32, 35, 200):

Media: $\bar{x}_B = \frac{25+30+32+35+200}{5} = \frac{322}{5} = 64.4$

Mediana (dati già ordinati, N=5, posizione 3): 32

Commento: Nel Set B, l'outlier (200) ha aumentato significativamente la media (da 32.4 a 64.4), rendendola meno rappresentativa dei valori tipici. La mediana, invece, è rimasta la stessa (32), dimostrando di essere una misura più robusta in presenza di valori estremi.

Quesiti a Risposta Multipla

1. Quale misura di posizione è la somma di tutti i valori divisa per il numero di osservazioni?

2. Per calcolare la mediana, il primo passo è:

3. Quale misura di posizione può essere utilizzata per caratteri qualitativi nominali?

4. La media aritmetica è particolarmente sensibile a:

5. Se un insieme di dati ha 10 osservazioni, quali sono le posizioni dei valori centrali per il calcolo della mediana?

6. Cosa significa che un insieme di dati è "bimodale"?

7. Se un data set è: 1, 2, 2, 3, 4, 5, 5, 6, qual è la moda?

8. Se il numero di osservazioni ($N$) è dispari, la mediana è il valore che si trova alla posizione:

9. Quale misura di posizione divide i dati ordinati esattamente a metà?

10. Se i voti di un test sono 10, 10, 10, 10, 10, qual è la moda?

Esercizi con Calcoli

1. Calcola la media, la mediana e la moda del seguente set di numeri: 4, 6, 2, 8, 4, 10.

2. Trova la media e la mediana dei seguenti punteggi: 90, 85, 70, 95, 80, 75, 100.

3. Qual è la moda nel seguente set di dati sui tipi di frutta preferiti: Mela, Banana, Arancia, Mela, Pera, Mela, Arancia?

4. Trova la mediana del set di dati: 12, 15, 11, 13, 14, 10.

5. Un'azienda ha 5 dipendenti con i seguenti anni di esperienza: 5, 2, 10, 3, 20. Calcola la media degli anni di esperienza.

6. Determina la moda nel set di dati: 1.5, 2.0, 1.5, 2.5, 3.0, 2.0, 1.5.

7. Calcola la mediana delle temperature medie mensili (in °C): 10, 12, 8, 15, 20, 18, 22, 25, 20, 16, 14, 9.

8. Un piccolo negozio registra il numero di clienti al giorno per una settimana: 15, 20, 18, 15, 25, 22, 30. Calcola la media e la moda.

9. In una classe, i colori degli occhi sono: Marrone, Blu, Verde, Marrone, Blu, Marrone, Blu, Marrone. Trova la moda.

10. Se la media di 4 numeri è 12, e tre dei numeri sono 10, 14, 11, qual è il quarto numero?