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SQL里StDev和StDevP到底差在哪儿,什么时候用哪个更合适一点

要理解SQL里的StDev和StDevP的区别,我们得先抛开复杂的数学公式,从一个最根本的概念入手:你手头的数据代表了什么?它是你研究的“全部家当”,还是从一个更大群体中随机抓取的“一小撮样本”?这个问题的答案直接决定了你应该选择哪一个函数。

StDevP:当你拥有“全世界”时使用

StDevP中的“P”代表的是Population,即“总体”,什么时候你拥有一个“总体”呢?就是当你的数据表里的每一行数据,都构成了你研究对象的全部范围,没有任何遗漏。

举个例子(来源:基于统计学基础概念):

  • 你是一家公司的HR,你想计算本公司所有正式员工上个月的工资标准差,你的员工表里包含了每一位员工的工资记录,没有遗漏任何一个人,你的数据集——“本公司所有正式员工”——就是一个完整的总体,你的目的仅仅是描述这个特定群体的工资离散程度,并不打算用这个结论去推测其他公司的员工,在这种情况下,你应该使用StDevP。
  • 再比如,你想分析2023年全年每一天的网站访问量,你的数据表恰好拥有2023年1月1日到12月31日每一天的完整数据。“2023年全年的每日访问量”就是一个总体,你想知道的是这365个数据本身的波动情况。

计算StDevP的逻辑(来源:对标准差公式的通用解释)是:先计算所有数据点的平均值,然后计算每个数据点与平均值的偏差(差值),将所有偏差平方(目的是消除正负号),求出这些平方值的平均数,最后开方,这里的关键是“除以数据的个数(N)”,因为它默认你的数据就是全部,所以直接除以总数来求平均偏差。

StDev:当你只有“一勺样本”想去推测“一锅汤”时使用

StDev中的没有“P”,它代表的是Sample,即“样本”,当你无法或没有必要测量整个总体,而是从总体中抽取了一部分样本进行研究,并希望用样本的统计特征来估计总体的情况时,样本标准差StDev就是正确的选择。

继续上面的例子(来源:基于统计学基础概念):

SQL里StDev和StDevP到底差在哪儿,什么时候用哪个更合适一点

  • 你是一家市场调研公司的分析师,想了解全国所有程序员的平均工资及其波动情况,你显然不可能拿到全国每一个程序员的工资单,你通过招聘网站随机抽取了5000名程序员的工资数据作为一个样本,你想计算这5000个工资数据的标准差,目的是为了估计全国程序员这个“庞大总体”的工资离散程度,这时,你必须使用StDev。
  • 又比如,你想监控一条生产线上产品的质量,比如灯泡的寿命,你不可能测试每一个生产出来的灯泡(那样所有灯泡都烧坏了),而是每隔一小时抽取5个进行测试,这批测试数据就是一个样本,你需要用StDev来计算标准差,以推断整条生产线产品质量的稳定性。

计算StDev的逻辑(来源:对样本标准差公式的通用解释,常称为贝塞尔校正)与StDevP非常相似,但在最后求平均偏差那一步有一个至关重要的区别:它不是除以数据的个数(N),而是除以(N-1),这里的“N-1”被称为“自由度”。

为什么是N-1?(来源:对贝塞尔校正的通俗化理解)可以这样直观地理解:你的样本数据本身已经用来计算样本的平均值了,这个样本平均值是总体平均值的一个“估计值”,在估计过程中,它已经“消耗”掉了一部分数据的信息,用样本数据去估计标准差时,为了做出一个对总体标准差“更公平”、“无偏”的估计,我们需要进行一点小小的补偿,这个补偿就是把除数从N减小到N-1,这样可以避免系统性地低估了总体的真实波动程度,想象一下,如果你只抽了一个样本点(N=1),用StDevP计算会怎样?分母为1,结果会是0,这显然不合理,因为一个点无法体现波动,但用StDev计算,分母是0,计算会报错或无意义,这反而提醒你样本量不足,当样本量很大时,N和N-1的差别很小,StDev和StDevP的结果会非常接近。

核心区别总结与使用场景对比

最核心的区别可以归结为两点(来源:对上述内容的总结):

  1. 除数的不同:StDevP在计算方差时除以数据总量N;StDev则除以N-1。
  2. 目的的不同:StDevP用于描述已知数据集的离散程度;StDev用于通过样本数据推断总体的离散程度。

什么时候用哪个更合适?一个简单的决策指南

SQL里StDev和StDevP到底差在哪儿,什么时候用哪个更合适一点

你可以通过问自己一个问题来做出选择:“我计算标准差是为了什么?”

  • 如果你的答案是:“我只想描述我手头这堆数据本身的波动大小,不打算把它推广到更大的范围。” 请使用 StDevP,场景包括:分析一个完整时间段的数据(如已结束的销售季)、计算公司全体员工的指标、分析一次特定考试的全体考生成绩等。

  • 如果你的答案是:“我手头的数据只是一个大群体中的一小部分,我希望通过它来了解那个大群体的普遍波动情况。” 请使用 StDev,场景包括:任何形式的抽样调查、质量控制中的抽样检测、A/B测试中的用户行为分析、用部分数据建模预测整体趋势等。

一个需要警惕的常见误区

在实际的数据库如SQL Server中,如果你不小心混淆了二者,会产生什么后果?(来源:基于常见数据分析实践)当你应该使用StDev(样本标准差)却误用了StDevP时,你计算出的标准差通常会比真实情况偏小,因为你错误地使用了除以N而不是N-1,这会导致你对总体波动性的估计过于乐观,在风险评估或质量监控中,这种低估可能会掩盖潜在的问题,导致错误的决策。

选择StDev还是StDevP不是一个技术性问题,而是一个逻辑和目的性问题,它完全取决于你的数据在你所研究的问题中扮演的角色——是完整的“总体”,还是用于推论的“样本”,在做任何分析之前,先明确这个角色定位,是确保结果准确可靠的第一步。