Calculateur d'Écart-Type - Variance, Quartiles et plus
Calculateur d’écart-type
| Nombre (n) | 10 |
| Somme | 291 |
| Moyenne (arithmétique) | 29.1 |
| Médiane | 30 |
| Mode (valeur la plus fréquente) | Aucun mode |
| Minimum | 12 |
| Valeur maximale | 45 |
| Étendue | 33 |
| Premier quartile (Q1) | 22.5 |
| Troisième quartile (Q3) | 37 |
| Écart interquartile (IQR) | 14.5 |
| Sample variance (n−1) | 118.7667 |
| Sample standard deviation (n−1) | 10.898 |
| Coefficient de variation | 35.53% |
| Erreur type de la moyenne | 3.4463 |
Comment ces nombres sont calculés
- La moyenne est la somme des valeurs divisée par le nombre.
- Chaque écart par rapport à la moyenne est élevé au carré : les valeurs au-dessus comme au-dessous de la moyenne contribuent donc positivement.
- Les écarts au carré sont sommés puis divisés par n pour la variance de la population, ou par n−1 pour la variance d’échantillon. Diviser par n−1 corrige le biais vers le bas qui apparaît parce que la moyenne a elle-même été calculée à partir des mêmes données.
- L’écart-type est la racine carrée de la variance, ce qui ramène le résultat dans les unités des données d’origine.
Ce Qui Est
Un jeu de données possède deux genres de centre, et ils répondent à des questions différentes. La moyenne est la moyenne arithmétique, la somme divisée par l'effectif, et elle pondère chaque valeur selon sa grandeur, ce qui la rend sensible aux valeurs extrêmes : une seule mesure très grande la déplace sensiblement. La médiane est la valeur centrale après classement, ou la moyenne des deux valeurs centrales quand l'effectif est pair, et elle ignore à peu près l'écart entre les extrêmes et le centre. Quand la distribution est approximativement symétrique, les deux coïncident, comme pour une série de notes d'examen. Quand elle est asymétrique, que ce soit par quelques valeurs très grandes ou par une longue queue inférieure, la médiane décrit plus honnêtement un cas typique et la moyenne est souvent la plus utile pour la suite des calculs. Mais aucune des deux ne dit quoi que ce soit sur la dispersion. Deux ateliers peuvent produire en moyenne 100 pièces par heure, l'un au rythme d'une horloge et l'autre en oscillant entre 40 et 160, et ces deux processus se comporteront de façon totalement différente dès que la demande bouge : mesurer la dispersion n'est donc pas un raffinement, c'est une information distincte. L'écart-type est cette mesure, et il se définit comme la racine carrée de la variance, où la variance est la moyenne des écarts au carré de chaque valeur par rapport à la moyenne. C'est l'élévation au carré qui rend le calcul possible, car sans elle les valeurs au-dessus et au-dessous de la moyenne s'annulent : une valeur 5 au-dessus apporte −5 et une valeur 5 en dessous apporte +5, et la somme serait nulle pour n'importe quel jeu de données.
En élevant au carré, le signe disparaît, chaque écart apporte une contribution positive et le total mesure à quel point les données s'écartent du centre. Mais élever au carré change les unités, et c'est précisément pourquoi on extrait la racine à la fin. Une variance en secondes au carré n'est pas une grandeur que quiconque puisse raisonner ; un écart-type de 2,5 secondes se compare directement à une moyenne de 12 secondes, s'ajoute à une spécification ou alimente un calcul ultérieur. La bifurcation décisive est de diviser par n ou par n−1. La variance de population divise par n et traite votre liste comme l'ensemble complet, ce qui décrit correctement les données que vous détenez : l'écart au carré moyen de ces valeurs par rapport à leur propre moyenne. La variance d'échantillon divise par n−1 et traite votre liste comme un aperçu partiel d'une population plus large, ce qui est la manière correcte d'estimer à quel point cette population varierait. La raison de cette correction est un biais subtil : la moyenne par laquelle vous divisez a elle-même été calculée à partir des mêmes données, elle se trouve donc un peu plus près de chaque point que ne le serait la véritable moyenne de la population, ce qui rend chaque écart au carré légèrement trop petit. Diviser par n−1 plutôt que par n gonfle le résultat du facteur n/(n−1), juste de quoi annuler ce biais à la baisse. La différence est négligeable à n = 1000 et d'environ 5 pour cent à n = 20, et c'est pourquoi un écart-type publié sans son n est incomplet.
Lorsque les données sont asymétriques ou contiennent des valeurs extrêmes, l'écart-type est gonflé par elles et devient difficile à interpréter : il faut alors rapporter aussi les quartiles. Le premier quartile Q1 et le troisième quartile Q3 encadrent la moitié centrale des données, et l'écart interquartile Q3 − Q1 mesure la dispersion en ignorant complètement les deux quarts extrêmes, ce qui en fait la mesure privilégiée dès qu'une distribution à queue lourde entre en jeu, comme les revenus ou les temps de réponse. Pour comparer la dispersion relative entre grandeurs mesurées sur des échelles différentes, utilisez le coefficient de variation, qui est l'écart-type divisé par la valeur absolue de la moyenne et exprimé en pourcentage : 4 pour cent signifie que les données se dispersent d'environ 4 pour cent de leur propre moyenne. Un écart-type de 12 ne veut rien dire seul, mais un coefficient de variation de 35 pour cent indique que cette liste est dispersée par rapport à sa propre taille. Enfin, l'erreur type de la moyenne, calculée comme l'écart-type d'échantillon divisé par la racine carrée de n, répond à une question un peu différente : elle décrit avec quelle précision la moyenne elle-même a été estimée, et elle diminue au rythme d'un sur la racine de n à mesure qu'on rassemble des données, si bien que quadrupler l'échantillon divise l'incertitude par deux. L'écart-type décrit vos données ; l'erreur type décrit votre connaissance de leur moyenne. Les garder séparées, c'est la différence entre mesurer un processus et mesurer la confiance que l'on porte à une mesure.
Comment utiliser
- Ouvrez le Calculateur d'Écart-Type dans votre navigateur. Tous les chiffres sont calculés localement, vos valeurs ne quittent jamais votre machine.
- Saisissez ou collez vos nombres dans la zone de texte, séparés par des espaces, des virgules ou des points-virgules. Un exemple est déjà chargé pour que vous voyiez la forme du résultat avant toute saisie.
- Vérifiez la ligne rouge sous le champ si elle apparaît : ce qui y figure n'a pas été reconnu comme un nombre, et cela signifie le plus souvent qu'une unité, un signe pourcent ou une virgule décimale s'est glissé dans la liste.
- Cochez ou décochez la case Traiter les valeurs comme un échantillon d'une population plus large. Cochée, la variance et l'écart-type mis en avant divisent par n−1 ; décochée, ils divisent par n.
- Lisez d'abord la ligne Count (n) pour confirmer que vous avez collé ce que vous vouliez, puis comparez la moyenne à la médiane. Un grand écart entre les deux signale des données asymétriques.
- Utilisez les quartiles et l'écart interquartile pour des données asymétriques ou riches en valeurs extrêmes, car ils décrivent la moitié centrale et ignorent les queues.
- Utilisez le coefficient de variation pour comparer deux listes mesurées sur des échelles différentes, et l'erreur type de la moyenne quand vous voulez savoir avec quelle précision la moyenne est connue.
- Ouvrez le panneau How these numbers are computed si vous devez justifier la formule derrière une quelconque ligne dans un rapport ou un devoir.
Exemples
Entrée: 12, 15, 22, 24, 29, 31, 34, 38, 41, 45 avec la case échantillon cochée
Processus:
Moyenne 29,1, somme des écarts au carré 1068,9, divisée par n−1 = 9Résultat: Variance d'échantillon 118,7667 et écart-type d'échantillon 10,898 ; la forme de population donnerait 106,89 et 10,3388
Entrée: 65, 70, 72, 75, 78, 80, 82, 85, 88, 95
Processus:
Données symétriques, la moyenne et la médiane tombent toutes deux sur 79Résultat: Écart-type d'échantillon 8,9815, IQR 11,5, coefficient de variation 10,79 % — liste resserrée par rapport à sa taille
Entrée: 2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9
Processus:
Moyenne 5 mais médiane 4,5, car les deux plus grandes valeurs tirent la moyenne vers le hautRésultat: Écart-type de population exactement 2, IQR 1,5, et deux modes ex æquo : 4 et 5
Entrée: 11,2, 11,5, 11,9, 12,1, 12,4, 13,8 en secondes
Processus:
Moyenne 12,15 s, variance d'échantillon 0,835 divisée par 6 donne une erreur type de 0,3731Résultat: Écart-type d'échantillon 0,9138 s, erreur type 0,3731 s, coefficient de variation 6,87 %
Recherches Connexes
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Questions Fréquemment Posées
Dois-je diviser par n ou par n−1 ?
Divisez par n si votre liste est la population complète qui vous intéresse, par exemple toutes les mesures prises pendant un poste de deux heures et dont vous voulez connaître la variabilité. Divisez par n−1 si votre liste est un échantillon prélevé dans une population plus large, par exemple cinquante clients sondés alors que vous cherchez à estimer la dispersion de toute votre clientèle. La correction existe parce que votre moyenne a été calculée à partir des mêmes valeurs que vous utilisez pour mesurer les écarts : elle se rapproche donc un peu du centre et rend chaque écart au carré un peu trop petit. Diviser par n−1 au lieu de n multiplie la variance par n/(n−1) pour annuler ce biais. L'effet pratique est que les écarts-types d'échantillon dépassent d'environ 5 pour cent les écarts-types de population à n = 20, d'environ 1 pour cent à n = 100, et deviennent négligeables au-delà de quelques milliers de valeurs. Publier un écart-type sans préciser la forme utilisée est l'omission statistique la plus courante.
Quelle différence entre la moyenne et la médiane, et laquelle utiliser ?
La moyenne est la somme divisée par l'effectif et elle donne le même poids à chaque valeur, si bien qu'une seule observation extrême la déplace nettement. La médiane est la valeur centrale après classement et bouge à peine quand une valeur extrême apparaît, car elle dépend de l'ordre des données et non de l'écart entre elles. Elles coïncident sur des données symétriques et se séparent sur des données asymétriques. Pour une liste comme 2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9 la moyenne vaut exactement 5 alors que la médiane vaut 4,5, parce que les deux plus grandes valeurs tirent la moyenne vers le haut. Utilisez la moyenne quand vous en avez besoin pour la suite des calculs, par exemple obtenir un pourcentage du total ou une combinaison pondérée, et la médiane quand vous voulez décrire un cas typique dans une distribution où quelques grandes ou petites valeurs dominent. Si vous ne rapportez qu'un seul nombre sur un jeu asymétrique, vous induisez votre lecteur en erreur.
Pourquoi prendre la racine carrée de la variance ?
Parce que la variance s'exprime en unités au carré et que personne ne raisonne en secondes au carré. L'élévation au carré est une nécessité mathématique et non un choix : les écarts par rapport à la moyenne sont de signes opposés et, sans élévation, une valeur 5 au-dessus annulerait exactement une valeur 5 en dessous, si bien que tout jeu de données donnerait une variance nulle. L'élévation au carré rend toutes les contributions positives, et la somme obtenue croît comme le carré de la dispersion. Diviser par n ou n−1 donne une variance en unités de temps au carré, qui n'est comparable à rien de signifiant. Extraire la racine restitue les unités d'origine, si bien qu'un écart-type de 0,83 seconde signifie que les données se trouvent réellement à environ 0,83 seconde de la moyenne, une affirmation vérifiable face à une spécification, additionnable à un seuil ou utilisable dans une formule ultérieure. C'est pourquoi l'on cite l'écart-type et non la variance quand on parle de la variation de ses données.
À quoi sert l'écart interquartile, et quand vaut-il mieux que l'écart-type ?
L'écart interquartile, ou IQR, vaut Q3 moins Q1 et mesure la largeur de la moitié centrale des données, en écartant entièrement le quart inférieur et le quart supérieur. C'est précisément ce qui le rend robuste. L'écart-type utilise toutes les valeurs pondérées par leur distance à la moyenne, si bien qu'une mesure corrompue, ou un client qui tape 900000 au lieu de 90000 dans son salaire, le gonfle démesurément. L'IQR n'en est pas affecté. Pour la liste 11,2, 11,5, 11,9, 12,1, 12,4, 13,8 l'écart-type est d'environ 0,91 seconde et l'IQR d'environ 0,73, un écart modéré ; ajoutez une seule valeur aberrante à 500 et l'écart-type dépasse 180 alors que Q1 et Q3 bougent à peine. Rapporter l'IQR avec la médiane est le duo défensif habituel sur des données asymétriques comme les revenus, les prix immobiliers et la latence. La règle empirique la plus répandue consiste à examiner comme soupçons les valeurs situées à plus de 1,5 fois l'IQR au-delà de Q1 ou de Q3.
Que m'apporte le coefficient de variation que l'écart-type ne dit pas ?
Le coefficient de variation divise l'écart-type par la valeur absolue de la moyenne et exprime le résultat en pourcentage, transformant une dispersion absolue en dispersion relative. Un écart-type de 10 est ininterprétable seul : il est énorme si la moyenne vaut 12 et négligeable si elle vaut 5000. L'exprimer comme un rapport supprime les unités et l'échelle. Dans le calculateur, la liste par défaut affiche un coefficient de variation d'environ 35,5 pour cent, tandis qu'une série de notes plus serrée tourne autour de 10,8 pour cent, ce qui dit d'un coup d'œil que la première liste est dispersée par rapport à sa propre taille et que la seconde ne l'est pas. C'est ce qui en fait la bonne statistique pour comparer des jeux de données mesurés dans des unités différentes, par exemple comparer la variabilité relative de ventes quotidiennes en euros à celle de ventes en dollars, ou entre populations d'échelles très inégales. Une réserve : la mesure perd tout sens quand la moyenne approche zéro, car on divise alors par quelque chose de minuscule.
Qu'est-ce que l'erreur type de la moyenne, et en quoi diffère-t-elle de l'écart-type ?
L'erreur type de la moyenne, notée SEM, est l'écart-type d'échantillon divisé par la racine carrée de n. Elle répond à une question différente de celle de l'écart-type lui-même. L'écart-type décrit à quelle distance de la moyenne se trouvent vos points individuels ; l'erreur type décrit avec quelle précision votre estimation de la moyenne est connue. Comme la moyenne de nombreuses observations se stabilise autour de la valeur vraie, son incertitude diminue quand on rassemble davantage de données, exactement au rythme d'un sur la racine de n : il faut donc quatre fois plus de données pour diviser l'erreur type par deux et seize fois plus pour la diviser par quatre. Pour la liste par défaut de dix valeurs, avec un écart-type d'échantillon de 10,898, l'erreur type vaut environ 3,45 : une moyenne de 29,1 porte donc une incertitude de l'ordre de plus ou moins trois. Quand vous rapportez une moyenne dans un article ou un rapport, donner l'erreur type en plus indique au lecteur à quel point s'y fier. Ne la confondez pas avec l'écart-type des données brutes, qui est généralement le plus grand des deux.
Pourquoi mon mode indique-t-il qu'il n'y a pas de mode ?
Le calculateur ne signale un mode que si au moins une valeur apparaît plus d'une fois, car une liste où chaque valeur n'apparaît qu'une seule fois n'a réellement pas de mode. C'est la définition stricte des manuels, et elle ne correspond pas toujours au comportement de certains logiciels : Excel peut renvoyer plusieurs résultats ou la valeur la plus basse de façon inattendue. L'outil signale d'ailleurs tous les modes ex æquo au lieu d'en choisir un : la liste 2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9 renvoie 4 et 5, puisque chacun apparaît trois fois. Une distribution bimodale est souvent plus instructive que l'une ou l'autre des valeurs : deux pics signifient généralement que vos données contiennent deux populations distinctes, par exemple deux groupes de clients ou deux régimes de fonctionnement, et les regrouper dans une seule moyenne et un seul écart-type masquera cette structure. Quand vous voyez deux modes, séparez les données et analysez les moitiés séparément.