Ou til s ´el ´emen ta ir es de sta ti st iqu e ap pli qu ´ee F r´ed ´eri c Be rt ra n d et Myr iam Mau my IR MA, UMR 75 01, U ni ver sit ´e d e S tr a sb o ur g 2016-2017 F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 1 / 40
In tro d u cti on No tion s fo nda m ent al es en st at ist iq ue F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 2 / 40 S omma ir e 1 In tro d u cti on 2 D ´efini ti on s 3 L es d iff ´ere n ts ca rac t`er es 4 Qu el q u es rep r´es en tati on s gr aph iq ue s 5 Qu el q u es ca ra ct ´eri st iq u es de p os iti on F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 3 / 40
L es deux br anch es de la st at is ti que
Population UIndividus ÉchantillonSStati sti que des cri ptive : d´ ete rm ine r le s ca rac t´er isti q u es d ’u ne p opu la ti on. Stati sti que inf ´erenti el le : ex tra p ol er les r´es ul ta ts nu m ´eri q u es ob ten u s su r un ´ec h an ti llon `a la p op u lati on . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 4 / 40
Ob ject if de la st ati sti que desc ri pt iv e L ’obj ec ti f d e la sta ti sti q u e d es cr ipti ve es t de pr ´esen te r et d e d´ ecr ir e, c’ est- `a-d ir e d e r´es um er nu m ´er iqu em en t et /ou d e re pr ´es en ter gr ap h iqu em en t, les don n´ ee s d isp oni b les qu and el le s sont n om br eu se s ou les d onn ´ees pr oven an t d ’u n rec en se men t. Qu e tr ouv ons- nou s da ns la st at is tiq ue descr ip ti ve ? L e co nc ep t d e p opu la ti on, le conc ep t d e r´es um ´es n u m ´eri q u es, avec les tr oi s so rt es d e ca rac t´er isti q u es : p osi ti on , di sp ers ion et fo rm e. le con ce pt de rep r´ese nt ati on s gr aph iq u es, comm e p ar exe mp le la b oˆı te `a mou sta ch es ou l’ h istogr am me . F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 5 / 40
S omma ir e 1 In tro d u cti on 2 D ´efini ti on s 3 L es d iff ´ere n ts ca rac t`er es 4 Qu el q u es rep r´es en tati on s gr aph iq ue s 5 Qu el q u es ca ra ct ´eri st iq u es de p os iti on F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 6 / 40 D ´efin iti on L ’en sem bl e su r le q ue l p or te l’ acti vi t´e sta ti sti q u e s’ app ell e la p op u lati on . El le est g´e n´ era lem en t n ot ´ee Ω. S es ´el ´emen ts sont le s in di vi d u s . Rem ar que C es ind ivi d us p euv en t ˆetr e d e na tu re s tr `es di ve rs es : ens em bl e de p er son n es, moi s d’ u n e ann ´ee , pi `ece s pro d u ites p ar u n e u si n e, r´es ul ta ts d ’exp ´er ien ce s r´ep ´et ´ees u n ce rt ai n nom bre de foi s. .. F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 7 / 40
D ´efin iti on L es ca ra ct ´eri sti qu es ´etu d i´ees su r le s in di vi d u s d ’un e p op u la ti on son t app el ´ees le s ca rac t`er es . Un ca rac t`er e es t d onc un e ap pl ic ati on χ d ’un en se mb le fin i Ω (l a p op u la ti on ) da n s u n en sem bl e C (l ’ en se mb le d es va leu rs du ca rac t`er e ), qu i asso ci e `a ch aq u e in d iv id u ω d e Ω la val eur χ ( ω ) q ue pre nd ce ca rac t`er e sur l’ ind ivi d u ω . D ´efin iti on L a sui te de s va leu rs χ ( ω ) pri ses p ar χ s’ app ell e les d onn ´ees br ute s . C ’est u ne su ite fin ie ( X 1 , X 2 ,. .. , X N ) d e l’ en se mb le C . F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 8 / 40
S omma ir e 1 In tro d u cti on 2 D ´efini ti on s 3 L es d iff ´ere n ts ca rac t`er es 4 Qu el q u es rep r´es en tati on s gr aph iq ue s 5 Qu el q u es ca ra ct ´eri st iq u es de p os iti on F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 9 / 40
Nou s cons id ´eron s p lu si eu rs typ es d e ca rac t`er es : 1 les ca ra ct `er es q u al ita ti fs 2 les ca ra ct `er es q u an ti ta ti fs : le ur d´ ete rmi n ati on pro d u it un n omb re ou u ne su ite d e n omb res . N ous di sti ngu on s 1 les ca ra ct `er es si mp les : leu r me su re su r u n in di vi d u pr o d ui t u n se ul n omb re. L’ ens em bl e de leu rs val eur s est d on c R ou un e pa rti e d e R . 2 les ca ra ct `er es m ul ti p les : le u r m esu re su r u n in d ivi du pro d u it u ne su ite fin ie de n omb res . L’ ens em bl e d e leu rs va leu rs est d onc R n ou u n e pa rti e d e R n . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 10 / 40 C ar act `er es qua lita tifs prof es si on , ad re ss e, si tu ati on d e fam ill e, se xe .. . C ar act `er es qua nt it ati fs si mpl es ta ille , p oi d s, sa la ir e, te mp ´er atu re .. . C ar act `er es qua nt it ati fs mu lt iple s rel ev ´e d e n otes d’ u n (e ) ´etu d ian t( e) , fic he de sa lai re, .. . Rem ar que L es ca ra ct `ere s q u al ita ti fs p euv en t tou jou rs ˆet re tra n sf orm ´es en ca ra ct `er es q ua n ti tat if s p ar co d age . C ’es t ce qu i se fa it le p lu s g´en ´er al em en t. Mai s u n te l co d age est p u reme nt con ven ti on ne l et n ’a p as vr ai m en t u n sen s q ua n ti tat if . P ar exemp le, on n e p ou rr a pa s cal cul er le sexe mo ye n. F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 11 / 40
S i X es t un ca ra ct `er e qu anti ta ti f si mp le l’ en se mb le X (Ω) = { X 1 , X 2 ,. .. , X N } d es val eu rs attei n te s p ar le ca ra ct `er e (o u d onn ´ees br ute s) est u n ens em bl e fini { x 1 ,. .. , x n } . Nou s su p p oser on s q ue ce s va leu rs son t or don n´ ee s : x 1 < x 2 < .. . < x n . L e fai t q u e te lle va leu r soi t re lati ve `a tel in di vi d u est u n ren sei gn em en t q ui n ’in t´e re sse pa s le sta ti sti ci en . S eu l l’ en se mb le d es va leu rs attei n tes et le n omb re d e foi s q ue ch ac u ne d’ el le es t atte int e es t u ti le . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 12 / 40
D ´efin iti on Nou s ap p el ons eff ec ti f de la valeur x i : le n omb re n i d e foi s q ue la va leu r x i es t pri se, c’ es t- `a-d ire le ca rd in al de l’ en sem bl e X − 1 ( x i ) ; eff ec ti f cumu l´e en x i : la somme
i X j =1 n j ; fr ´equ enc e de la valeur x i : le rap p or t f i = n i N d e l’ eff ect if d e x i `a l’ effe cti f tota l N d e la p op u lati on , c’ es t- `a-d ire le ca rd in al de Ω ou en co re la som me de s n i ; fr ´equ enc e cum ul ´ee en x i : la somme
i X j =1 f j . D ´efin iti on C es di stri b u ti ons sta ti sti q ue s sont q u al ifi ´ees d e d iscr `et es . F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 13 / 40
Rem ar que L ors qu e le n omb re d es va leu rs attei n tes est im p or ta n t, nou s pr ´ef ´er on s regr ou p er le s va leu rs en cl asse s p ou r ren d re la stat is ti q ue pl u s lisi b le. Nou s p arta geon s al or s l’ en se mb le C d es val eu rs d u ca ra ct `er e en cl ass es ] a i , a i +1 ] avec a i < a i +1 . Nou s p arl on s al ors d e sta ti sti q u e gr oup ´ee ou con ti n u e . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 14 / 40 D ´efin iti on Nou s ap p el ons eff ec ti f de ] a i , a i +1 ] : le n omb re n i d e va leu rs pri ses d ans ] a i , a i +1 ], c’ est- `a-d ir e X − 1 (] a i , a i +1 ]) ; eff ec ti f cumu l´e en a i : le n omb re d e va leu rs pri ses d ans ] − ∞ , a i ]; fr ´equ enc e de ] a i , a i +1 ] : le rap p or t f i = n i N ; fr ´equ enc e cum ul ´ee en a i : la somme
i X j =1 f j . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 15 / 40
D ´efin iti on L a fa mi lle ( x i , n i ) i =1 ,..., n ou ( x i , f i ) i =1 ,..., n es t en co re ap p el ´ee di stri b u ti on sta ti sti q u e d isc r`e te. D ´efin iti on De m ˆem e, la fa mi lle (] a i , a i +1 ] , n i ) i =1 ,..., n ou (] a i , a i +1 ] , f i ) i =1 ,..., n es t en co re ap p el ´ee d is tr ib u ti on sta ti sti q ue grou p´ ee ou con ti nu e. F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 16 / 40
S omma ir e 1 In tro d u cti on 2 D ´efini ti on s 3 L es d iff ´ere n ts ca rac t`er es 4 Qu el q u es rep r´es en tati on s gr aph iq ue s 5 Qu el q u es ca ra ct ´eri st iq u es de p os iti on F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 17 / 40
D ´efin iti on L e d iagr amme en b ˆaton s d ’u ne di str ib u ti on sta ti sti q ue di scr `ete est con st it u´ e d’ u n e su ite d e segm en ts ve rt ic au x d ’ab sc isse s x i d ont la lon gue u r es t prop or ti onn el le `a l’ eff ec ti f ou la fr ´eq u en ce de x i . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 18 / 40 Ex em ple L a d istr ib uti on su iva nt e (1 , 1) , (2 , 3) , (3 , 4) , (4 , 2) , (5 , 5) , (6 , 6) , (7 , 2) , (8 , 3) , (9 , 1) , (10 , 1) es t rep r´e sen t´e e p ar le d ia gra mm e en b ˆatons de la figu re 1
0123456 246810Fi gu re – Di agr am me en b ˆaton s
F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 19 / 40
D ´efin iti on L e p ol ygon e d es fr ´eq u en ces (re sp . de s eff ec ti fs ) est ob ten u `a pa rti r d u d iagr amme en b ˆaton s d es fr ´eq u en ce s (r esp . d es effe cti fs) en joi gna n t pa r u n segm en t les somm ets d es b ˆaton s. Rem ar que L e gr ap h iqu e de la figu re su iva n te su p er p ose le p ol ygon e d es fr ´equ en ces et le d ia gra mm e en b ˆatons de s fr ´eq ue nc es d e l’ exem pl e pr ´ec ´ed en t. F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 20 / 40
0
0.050.1
0.150.2 246810
Fi gu re – Di agr am me en b ˆaton s et p ol ygone d es fr ´eq ue nc es F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 21 / 40
D ´efin iti on En remp la ¸ca n t les fr ´eq u en ce s (r esp . les effe cti fs) pa r les fr ´eq u en ces cu m ul ´ees (r es p. les effe cti fs cum ul ´es) on obt ie n t le d iagr amme en b ˆaton s et le p oly gone de s fr ´eq ue nc es cu mu l´ees (re sp . de s eff ec ti fs cu mu l´es) . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 22 / 40 L a figu re 3 d on ne le d iagr amme en b ˆaton s et le p ol ygon e d es effe cti fs cu m ul ´es d e l’ exe mp le pr ´ec ´ede n t.
0510
15
20
25 246810
Fi gu re – Di agr am me en b ˆaton s et p ol ygon e d es effe cti fs cum ul ´es F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 23 / 40
D ´efin iti on Nou s ap p el ons hi stogra mm e la re pr ´esen ta ti on gra p hi q u e d ’un e va ri ab le con ti n u e. Da ns le ca s o `u les am pl itu d es d es cl asse s son t ´egal es, cet h istogr am me est con sti tu ´e d ’un en se mb le d e rec ta ngl es d ont la la rge ur es t ´ega le `a a , l’ am pl itu d e d e la cl asse , et la h aut eu r ´egal e `a K × n j o `u n j es t l’ effe cti f de la cla ss e et K es t un co effi ci en t arb itr ai re (c hoi x d ’u ne ´ech el le ), d e so rte qu e l’ ai re tota le sou s l’ h istogr am me est ´egal e `a K × N × a o `u N es t l’ effe cti f tota l. Da n s le cas de cl asse s d ’am pl itu d es k j × a in ´ega les, mu lti p les ent ier s d e l’ un e d’ entr e el les a , on con vi en t, p ou r con se rve r le r´esu lta t pr ´ec ´ed ent, d e pr en d re p ou r h au teu r d u rec tan gl e d e la cla ss e n um ´er o j le q u oti en t K × n j k j . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 24 / 40
Ex em ple En figu re 4 n ous don n ons l’h istogr amm e d e la di stri b u ti on sui va n te (]1 , 3] , 4) , (]3 , 4] , 8) , (]4 , 5 . 5] , 10) , (]5 . 5 , 6] , 14) , (]6 , 8] , 20) , (]8 , 10] , 12) , (]10 , 11] , 9) , (]11 , 12 . 5] , 3) .
0510
15
20
25 24681012
Fi gu re – Hi stogra mm e
F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 25 / 40
S ui te de l’E xe mpl e
00.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35 24681012
Fi gu re – Hi stogra mm e et p ol ygon e d es fr ´eq u en ces F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 26 / 40 D ´efin iti on L e p ol ygon e d es effe cti fs ou de s fr ´equ enc es d ’u ne di stri b u ti on est ob te nu en joi gna n t d an s l’ h istogr am me d e cet te d istr ibu ti on les m ili eu x d es cˆot ´es h ori zon tau x sup ´er ieu rs. Ret our `a l’E xempl e. L a figu re 5 su p er p ose l’ hi stogr am me d es fr ´equ enc es d e l’ exem p le pr ´ec ´ed en t et son p ol ygon e d es fr ´equ en ce s. F. Bert rand et M . M aumy (I R M A) 2016- 2017 27 / 40
D ´efin iti on L e p ol ygon e d es fr ´eq ue nc es cum ul ´ees d ’u n e d is tr ibu ti on stati sti qu e gr oup ´ee es t la rep r´es en tat ion gr ap h iqu e de la fon cti on d´ efin ie p ar f ( x ) =
i − 1 X j =1 f j + x − a i a i +1 − a i f i su r l’i n te rva lle ] a i ; a i +1 ]. F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 28 / 40
Rem ar que En p ar ti cu lier , rema rqu on s q ue n ous avon s f ( a i ) =
i − 1 X j =1 f j et f ( a i +1 ) =
i X j =1 f j . F. Bert rand et M . M aumy (I R MA ) 2016- 2017 29 / 40
Ret our `a l’E xempl e P ou r l’ ex emp le pr ´ec ´ed en t, nou s ob te non s le gra p hi q u e d e la figu re 6.
00.2
0.4
0.6
0.8
1 24681012