☰ خطة العام · الإحصاء (بالعربية)

معامل ارتباط الرتب لسبيرمان

الأسبوع 3 · Spearman’s rank correlation coefficient: ranks, tied values, D² and the formula, and when to use it instead of Pearson’s · 3 دروس
3

سبيرمان مقابل بيرسون على الأعداد نفسها، والترتيب التصاعدي أو التنازلي: هل يتغير ⁦ΣD²⁩؟

Statistics Sec 3 Term 1, Unit 1, Lesson 1
Goalأقارن بين معاملي سبيرمان وبيرسون للأعداد نفسها، وأرى أن الترتيب من الأكبر أو من الأصغر يعطي ⁦ΣD²⁩ نفسها.
New words
سبيرمان · يستعمل ترتيب القيم فقط، فلا تؤثر فيه القيم الكبيرة جدًّا أو الصغيرة جدًّابيرسون · يستعمل الأعداد نفسها ويقيس قرب النقاط من خط مستقيمالاتجاه نفسه · يجب ترتيب القائمتين من الأصغر معًا أو من الأكبر معًا
Explanation

عندما تكون البيانات أعدادًا نستطيع حساب المعاملين، وغالبًا يعطيان قيمتين متقاربتين. ويختلفان لأنهما يجيبان عن سؤالين مختلفين. فمعامل بيرسون يقيس مدى اتباع النقاط خطًّا مستقيمًا، ومعامل سبيرمان يقيس مدى اتباع إحدى القائمتين للأخرى في الترتيب أيًّا كان شكل العلاقة. فإذا زادت y كلما زادت x أعطى سبيرمان ⁦١‎⁩ تمامًا حتى لو وقعت النقاط على منحنى، بينما يعطي بيرسون أقل من ⁦١‎⁩. كذلك لا تزعج سبيرمان قيمة متطرفة واحدة لأنها ليست إلا آخر رتبة. وأما اتجاه الترتيب: فإذا رتّبنا القائمتين من الأكبر بدل الأصغر صارت كل رتبة k في القائمتين ⁦n + ١‎ − k⁩، فتغيّر كل ⁦D⁩ إشارتها فقط وتبقى ⁦D²⁩ كما هي. فتبقى ⁦ΣD²⁩ و⁦r⁩ دون تغيير ما دامت القائمتان مرتبتين في الاتجاه نفسه. أما إذا رتّبت إحداهما تصاعديًّا والأخرى تنازليًّا فتتغير إشارة r.

xy12345671002000
Worked examples
الأعداد نفسها ومعاملان: ⁦x = ٤‎, ٦‎, ٧‎, ٩‎, ١٠‎, ١٣‎⁩ و⁦y = ١١‎, ١٢‎, ١٥‎, ١٣‎, ١٨‎, ٢٠‎⁩. رتب x من ١ إلى ٦؛ ورتب y هي ⁦١‎, ٢‎, ٤‎, ٣‎, ٥‎, ٦‎⁩ فتكون ⁦D = ٠‎, ٠‎, −١‎, ١‎, ٠‎, ٠‎⁩ و⁦ΣD² = ٢‎⁩. سبيرمان: ⁦r = ١‎ − ١٢‎ ÷ ٢١٠‎ = ٠٫٩٤٢٩‎⁩. وبيرسون للأعداد نفسها: ⁦٠٫٩٠٥٤‎⁩. كلاهما يدل على ارتباط طردي قوي.
منحنى. المكعبات ⁦y = x³⁩ للقيم ⁦x = ١‎, …, ٦‎⁩ هي ⁦١‎, ٨‎, ٢٧‎, ٦٤‎, ١٢٥‎, ٢١٦‎⁩. تزداد y دائمًا مع x فتتطابق الرتب ويكون ⁦r⁩ لسبيرمان ⁦١‎⁩ تمامًا. أما بيرسون فيعطي ⁦٠٫٩٣٧٩‎⁩ لأن النقاط (انظر الشكل) تنحني بعيدًا عن الخط المستقيم.
التلميذ⁦1⁩⁦2⁩⁦3⁩⁦4⁩⁦5⁩
الترتيب من الأصغر: D⁦2⁩⁦0⁩⁦−1⁩⁦0⁩⁦−1⁩
الترتيب من الأكبر: D⁦−2⁩⁦0⁩⁦1⁩⁦0⁩⁦1⁩
الترتيب تصاعديًّا أو تنازليًّا. لتكن ⁦x = ٨‎, ٥‎, ٧‎, ٩‎, ٦‎⁩ و⁦y = ٤٠‎, ٣٨‎, ٤٥‎, ٥٢‎, ٤١‎⁩. من الأصغر تكون رتب x هي ⁦٤‎, ١‎, ٣‎, ٥‎, ٢‎⁩ ورتب y هي ⁦٢‎, ١‎, ٤‎, ٥‎, ٣‎⁩ فتكون ⁦D = ٢‎, ٠‎, −١‎, ٠‎, −١‎⁩ و⁦ΣD² = ٦‎⁩ و⁦r = ١‎ − ٣٦‎ ÷ ١٢٠‎ = ٠٫٧‎⁩. ومن الأكبر تكون الرتب ⁦٢‎, ٥‎, ٣‎, ١‎, ٤‎⁩ و⁦٤‎, ٥‎, ٢‎, ١‎, ٣‎⁩ فتكون ⁦D = −٢‎, ٠‎, ١‎, ٠‎, ١‎⁩ و⁦ΣD² = ٦‎⁩ مرة أخرى. تغيّرت إشارات ⁦D⁩ فقط.
Class activity

خذ ⁦x = ١‎, ٢‎, ٣‎, ٤‎, ٥‎⁩ و⁦y = ٢‎, ٣‎, ٤‎, ٥‎, ٦٠‎⁩. رتّب القائمتين وأوجد معامل سبيرمان. ثم خمّن هل تجعل القيمة الكبيرة جدًّا ⁦٦٠‎⁩ معامل بيرسون أصغر كثيرًا من ⁦١‎⁩، وتحقق من تخمينك بالمجاميع الخمسة.

Practice
1
لـ ⁦x = ١‎, ٢‎, ٣‎, ٤‎, ٥‎, ٦‎⁩ و⁦y = ٢‎, ٣‎, ٤‎, ٥‎, ٦‎, ٦٠‎⁩ ما معامل سبيرمان؟ وهل معامل بيرسون أكبر أم أصغر؟
2
رتب قائمتين هي ⁦١‎, ٢‎, ٣‎, ٤‎⁩ و⁦٤‎, ٣‎, ٢‎, ١‎⁩ عند الترتيب من الأصغر. ثم رُتبتا من الأكبر في القائمتين. ماذا يحدث لـ ⁦ΣD²⁩؟
3
رتّبت تلميذة القائمة x من الأصغر والقائمة y من الأكبر. فإذا كان ترتيب القائمتين معًا من الأصغر يعطي ⁦r = ٠٫٧‎⁩ فماذا تحصل هي؟
4
متى يُفضَّل معامل سبيرمان على معامل بيرسون؟
5
للقيم ⁦y = ٢‎, ٤‎, ٨‎, ١٦‎, ٣٢‎⁩ عند ⁦x = ١‎, ٢‎, ٣‎, ٤‎, ٥‎⁩ ما معامل سبيرمان؟