现代心理与教育统计学

二、几何平均数

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(一)计算公式

几何平均数(geometric mean),记作 Mg(或用GM),计算的基本公式如下:

式中:N为数据个数;

Xi为数据(变量)值。

使用公式3-6a计算几何平均数时,要开多次方,难以进行。因此,在计算时常用取对数的方法,因而,几何平均数有时又称对数平均数。对数计算公式如下:

(二)几何平均数的应用

在心理和教育科学研究的数据处理过程中,应用几何平均数表示集中趋势,有两种情形。

1.直接应用基本公式计算几何平均数

属于这种情况是:一组实验数据中有少数数据偏大或偏小,数据的分布呈偏态。这时若计算算术平均数也会出现偏大或偏小,平均数就不能很好地反映一组数据的典型情况。而用几何平均数表示集中趋势,就比算术平均数优越。在心理与教育实验中,有部分数据变异较大的情况经常出现,这种场合除应用中数或众数外,时常应用几何平均数。而在心理物理学的等距与等比量表实验中,只能用几何平均数。

【例3-8】 有一研究者想研究介于S1与S2两感觉之间的感觉的物理刺激是多少。他随机选10名被试,让其调节一个可变的物理刺激,使产生的感觉恰介于S1与S2之间,然后测量所调节刺激的物理量。10名被试的结果为:5.7,6.2,6.7,6.9,7.5,8.0,7.6,10.0,15.6,18.0。问这10个被试两感觉之间的那个感觉的物理刺激量的平均值是多少?

解:这是心理物理学中等距量表实验,几何平均数更能代表该组数据的集中趋势,因此用几何平均数计算这组实验数据的平均值。已知n=10,难以直接计算10次方根,故用公式3-6b。

求反对数,得Mg=8.552

所以,介于S1与S2感觉之间的那个感觉的物理刺激的平均值是8.552。

2.应用几何平均数的变式计算

属于这种情况有:一组数据彼此间变异较大,几乎是按一定的比例关系变化。如教育经费的逐年增加数,学习、阅读的进步数,以及学生人数的增加数等等。在这类研究中,一般不求平均数,而是求平均增长率,如教育经费的平均年增长率,学校人数的年增长率,学习的平均进步率,阅读速度的平均增加率等等。这时都要用几何平均数计算平均比率,而不用算术平均数计算。

(1)学习方面的进步率

【例3-9】 在一项有关阅读能力的实验中,得到这样的结果。阅读的遍数与每遍理解的程度依次是:第一遍为40%,第二遍为52%,第三遍为65%,第四遍为75%,第五遍为86%,第六遍为97%。在该实验研究中被试阅读能力的平均进步率是多少?阅读能力的平均增加比率又是多少。

解:这是有关阅读能力平均增长率的问题,用几何平均数计算。计算步骤和过程如下:

求反对数 Mg=1.19377

答:该实验研究的阅读能力的平均进步率是1.19377,阅读能力的平均增加比率即0.19377 (注意:要减去原有的基数比率,1.19377-1.0000)。

如果设X1=40为基数,那么学习第六遍应该理解多少?则X6=40×1.193775=96.97≈97。若用算术平均数,计算得到的阅读能力的平均增加率则是=5.979/5=1.1958。同样,设第一遍理解成分X1=40为基数,那么,第六遍应理解的成分就为X6=40×1.19585=97.8,比实际的理解成分还要多。因此,像这类计算平均增长率的题目必须要用几何平均数计算,不能使用算术平均数。

对上表所列的计算步骤,可以简化。先设X1为基数,分别用后一遍的结果除以前一遍的结果求出数据变化的比率,然后用比率数作为Xi,代入计算几何平均数的公式,开N-1次方,所得结果就是平均增长的比率数。用公式表示就是:

式中:XN为最后的原始数据;

X1为最先的原始数据(基数)。

如果直接使用公式3-6d处理上面的例子,计算步骤可以大大简化。方法简捷,同时又可减少计算误差。计算如下:

求反对数,得 Mg=1.1938。

【例3-10】 有一个学生第一周记住20个英文单词,第二周记住23个,第三周记住26个,第四周记住30个,第五周记住34个,问该生学习记忆英文单词的平均进步率是多少?

解:已知N=5,X5=34,X1=20,

求反对数,Mg=1.14186

答:该生学习记忆单词的平均进步率是1.14186,学习进步的增长率则为0.141 86。

(2)学生或人口增加率的估计

【例3-11】 某校连续四年的毕业人数为:980人,1100人,1200人,1300人,问毕业生平均增长率是多少?若该校毕业生一直按此增长率变化,问五年后的毕业人数是多少?

解:已知N=4,X1=980,X2=1100,X3=1200,X4=1300

历年毕业人数

变化的比率

980

1100

1.1224

1200

1.0909

1300

1.0833

1300×(1.098 76)5=2082(人)

答:该校毕业生年增长率为9.876%,若一直按此比率增长,五年后毕业生人数达2082人。

(3)教育经费增加率

【例3-12】 某校1950年的教育经费是10万元,1982年的教育经费是121万元,问该校教育经费年增长率是多少?若一直按此比率增加,请问1990年该校的教育经费是多少?

解:已知X1=10,XN=121,

根据题意知N-1=1982-1950=32

由此可知,教育经费的增长率是1.081,1982年到1990年中间为8年,故N-1=8,因此,1990年的经费应该是:121×(1.081)8=225.63(万元)

答:该学校教育经费年均增长8.1%,估计1990年的教育经费可达到225.63万元。