频率分布直方图

前言

制作步骤

如何制作;

频率分布直方图的特点

①直方图中相邻两横坐标之差表示组距,纵轴表示(cfrac{频率}{组距})(频率=cfrac{频率}{组距} imes 组距)

②频率分布直方图中各小长方形的面积(频率)之和为(1),各小长方形高之比也就是频率比。

③频率分布表和频率分布直方图是一组数据频率分别的两种形式,前者准确,后者直观。

平均数、众数与中位数从不同的角度描述了一组数据的集中趋势;平均数是从平均水平的角度刻画集中趋势;众数是从相同数据出现的次数多少刻画集中趋势;中位数是从数据从小到大的顺序出现的位置刻画集中趋势;

方差与标准差描述其波动大小,单位有区别;

使用角度

从形的角度

从数的角度

频率分布直方图中的数字特征的计算

当一组数据经过加工整理成频率分布直方图后,数据信息会有所损失,所以计算数据的数字特征有一定的难度。

①众数:直方图中最高矩形的中点横坐标;

②中位数:频率分布直方图频率和(面积和)的一半处所对应的横坐标,即面积等分线所对应的横坐标;

③平均数:每个矩形的分组的中点值乘以每个对应矩形的面积再求和;

④方差:每个矩形的分组的中点值与平均值的差的平方与频率乘积,再求和;

⑤标准差:方差的算术平方根;

例2【2017高考真题卷Ⅱ文科19题改编】【题文】如图所示,求该频率分布直方图的众数、中位数、平均数、方差。

考点:频率分布直方图,众数、中位数、平均数、方差

分析:以上图为例,

  • 求众数:

“旧养殖法”的众数为(47.5);“新养殖法”的众数为(52.5)

  • 求中位数:

“旧养殖法”的中位数先判断其大概位置,由于(25-50)之间的面积和为(0.62),25-45之间的面积和为(0.42)

故中位数一定位于(45-50)之间,设中位数为(x),则(0.42+(x-45) imes0.04=0.50),求得(x=47),即中位数为(47)

  • 求平均数:比如“旧养殖法”的平均数的计算

(ar{x}=27.5 imes5 imes0.012+32.5 imes5 imes0.014+37.5 imes5 imes0.024)

(+42.5 imes5 imes0.034+47.5 imes5 imes0.040+52.5 imes5 imes0.032)

(+57.5 imes5 imes0.020+62.5 imes5 imes0.012+67.5 imes5 imes0.012)

(=47.1)

“新养殖法”的平均数的计算

(ar{y}=37.5 imes5 imes0.004+42.5 imes5 imes0.020+47.5 imes5 imes0.044)

(+52.5 imes5 imes0.068+57.5 imes5 imes0.046)

(+62.5 imes5 imes0.010+67.5 imes5 imes0.008)

(=52.35)

求方差:比如“新养殖法”的方差计算

(S^2=(37.5-52.35)^2 imes 0.004 imes 5+(42.5-52.35)^2 imes 0.020 imes 5+(47.5-52.35)^2 imes 0.044 imes 5)

(+(52.5-52.35)^2 imes 0.068 imes 5+(57.5-52.35)^2 imes 0.046 imes 5)

(+(62.5-52.35)^2 imes 0.010 imes 5+(67.5-52.35)^2 imes 0.008 imes 5)

(=?)

例1【2017全国卷2文科19题理科18题高考真题】海水养殖场进行某水产品的新、旧网箱养殖方法的产量对比,收获时各随机抽取了100个网箱,测量各箱水产品的产量(单位:kg), 其频率分布直方图如下:

(1)记(A)表示事件“旧养殖法的箱产量低于50kg”,估计(A)的概率;

分析:本题实质是考查用频率估计概率,所以要会根据频率分布直方图计算频率。

由于“旧养殖法的箱产量低于50kg”的频率为((0.012+0.014+0.024+0.034+0.040) imes 5=0.62)

故所求概率(P(A)=0.62)

同理得到“新养殖法的箱产量低于50kg”的频率为((0.004+0.020+0.044) imes 5=0.34)

(2)填写下面列联表,并根据列联表判断是否有99%的把握认为箱产量与养殖方法有关,参考数据表格如下:
(egin{array}{c|lcr} P(chi^2ge k_0) & 0.050 &0.010 &0.001 \ hline k_0 & 3.841 & 6.635 & 10.828 end{array})

分析:由上问可知,“旧养殖法的箱产量低于50kg”的频数为(100 imes 0.62=62)

则“旧养殖法的箱产量不低于(50kg)”的频数为(100-62=38)

“新养殖法的箱产量低于(50kg)”的频数为(100 imes 0.34=34)

则“新养殖法的箱产量不低于(50kg)”的频数为(100-34=66),由此得到二列联表如下:

箱产量<(50kg) 箱产量(ge 50kg) 总计
旧养殖法 (62(a)) (38(b)) (100(a+b))
新养殖法 (34(c)) (66(d)) (100(c+d))
总计 (96(a+c)) (104(b+d)) (200(a+b+c+d))

由上表计算得到(chi^2=cfrac{n(ad-bc)^2}{(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)})

(=cfrac{200(62 imes 66-38 imes 34)^2}{(62+38)(34+66)(62+34)(38+66)}=15.705>6.635)

故有99%以上的把握认为,二者有关联。

(3)根据箱产量的频率分布直方图,对这两种养殖方法的优劣进行比较。

分析:本题目的难点有:到底从哪些角度进行比较?每一个角度下的数值的计算方法。

数据的极差:旧,(25-70);新,(35-70),极差反映了数据的取值范围和数据的几种程度,当然误差是有的;

数据的众数:旧,(47.5);新,(52.5),众数反映了出现次数最多,

数据的平均数:旧,(47.1);新,(52.35),平均数反映了一组数据的平均水平,

数据的方差(标准差):比较精确的反映了数据的分散和集中程度,将这种程度数量化了。

本题目从运算量和问题出发,可以从数据的范围和数据的中位数(或均值)两个角度作答。

“旧养殖法”的数据分布在(25-70)之间,“新养殖法”的数据分布在(35-70)之间,

故从数据范围来看,新养殖法的数据更集中,优于旧养殖法;

“旧养殖法”的平均数(中位数)分布在(40-45)之间,“新养殖法”的平均数(中位数)分布在(50-55)之间,

从平均数(中位数)角度来看,新养殖法也优于旧养殖法。

关联实际

  • 问选手水平高低,需要比较平均数;

  • 问选手发挥如何,需要比较方差,

  • 给定一个考试成绩,问此人考的怎么样? 可以将该成绩与样本的中位数比较,也可以将该成绩与样本平均数比较;

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