資料分析 — — 辛普森悖論：資料會說謊？小心總體與分項分析的陷阱 1. 01 到底哪個結論是對的2. 02 為啥會出現這種現象以下文章來源於首席數據科學家 ，作者NK冬至 資料會說謊？資料同行們應該對這個話題都有較多的感觸。今天咱們一起聊聊一個比較有意思、但經常忽略的數學現象：辛普森悖論，看一看這回資料到底是怎麼說謊的。 1. 01 到底哪個結論是對的 我們來看一個案例。 我們想判斷醫院A和醫院B哪家醫院的死亡率更低，希望透過死亡率判斷醫院的診治水平。 統計A和B的總體死亡率，我們發現A的死亡率是36%（假設總病人100，死亡36人），B的死亡率是40%（假設總病人100，死亡40人）。 假設我們上述的資料統計口徑都是完全一致的，沒有口徑上的差異，那是不是可以得出結論：B醫院的診治死亡率更高？再延伸一下，那是不是代表B醫院的治療水平差，畢竟死亡率高嘛！ 如果是這樣的推理邏輯，其實存在了巨大的漏洞。我們將A和B醫院的病人按照危重程度進行二分類，分為危重病人和輕症病人，再來看一看資料情況，如下圖： 透過上圖我們發現，A醫院的危重病人比重較低，100個人中只有20個，剩下的80個病人都是輕症病人；而B醫院的情況恰恰相反，80個危重病人，20個輕症病人。無論是A醫院還是B醫院，重症病人的死亡率都很高，A醫院甚至達到了100%；而輕症病人的死亡率相對較低，B醫院0死亡。 縱向對比發現，無論是重症病人、還是輕症病人，B醫院的死亡率都是要低於A醫院的。但是由於B醫院的重症病人比重遠大於A醫院，導致了總體的死亡率高。 因此，我們到底要說B醫院的診治死亡率是高呢，還是低呢？ 如果單純從總體資料上得出結論：B醫院的總體死亡率更高，這個從統計上沒問題，但是並不代表B醫院的治療水平差，因為從細分結構上看，B醫院的水平都更高。 這就是典型的辛普森悖論：即總體得出的結論和拆分後分項得出的結論，完全相反。 2. 02 為啥會出現這種現象 有沒有覺得很神奇。那為啥會出現這種現象呢？我們從數學和通俗兩個角度分別看一下。 （1）資料角度 我們先從數學的角度來看一看。其實可以用下面的圖形化來表示： 上圖中的3個黑點代表了A醫院，3個白點代表了B醫院。右上側的黑點和白點代表了A醫院和B醫院的總體，適應於向量的加法，是由兩個子向量（即重症和輕症）相加得到。x軸是患病人數，y軸是死亡人數。因此，每個向量的斜率代表了死亡比率。 透過上圖，我們可以發現： 子部分的比例大小，彙總後的整體大小關係並無絕對性。 再看一個散點圖，也是很直觀地說明了這一點： 上面的散點圖，如果不拆分到子部分，單純看x和y，明顯是負相關。但如果透過顏色第三個維度進行區分，明顯發現x和y是正相關的。 （2）通俗實踐角度 我們從通俗實踐的角度，看看為啥會出現辛普森悖論。 簡而言之：當我們對總體進行了第三個維度的拆分後（也就是我們常說的下鑽），由於不同分析物件在第三維度的比例結構有差別，最終導致了悖論現象的發生。 換句話說，如果兩個分析物件，在所有的維度拆分上的比例結構都一致，那麼也就不會出現辛普森悖論。 但通常來講，實踐中總會有差別的結構維度，因此出現該悖論也是機率不低的。往往沒發現結構性差異，是因為關鍵的拆解維度沒有被找到，而不是不存在。比如下面這個航空公司準點率的例子： 總體延誤率明顯是西部航空更低，但是拆分到起飛機場維度，發現每個機場的阿拉斯加航空的延誤率都低於西部航空。主要的干擾資料就是鳳凰城機場，西部航空的航班異常多，拉低了整體的延誤率。 但是拆分機場這種關鍵維度，有時候是不是也不太能想到。只有對事業充分了解、對資料足夠敏感，才能發現這其中的問題吧~ 03 一些啟示 透過上面的案例及分享，不知道各位朋友是不是有了一些自己的想法。 其實多年前我搞資料分析的時候，確實遇到過這個問題。當初自己不知道辛普森悖論，一直覺得是自己資料算錯了。結果核查了好幾遍發現資料沒問題，但就是結論和直觀的感覺相悖。然後我就簡單證明了一下，確實會出現這個現象。後來才知道這個是辛普森悖論。 一方面，希望各位朋友以後再碰到這種彙總統計資料的時候，保留一顆質疑的心，極有可能是隱瞞了關鍵維度而得出了誤導性的結論。另一方面，各位朋友自己在做資料分析的時候，切記多多做下鑽、多多嘗試不同的維度進行分析。單單透過彙總資料得出的結論很有可能是和真相背道而馳的。 當然，這也給有些喜歡透過資料“說謊”的人，留下了後門。但這不應該是我們資料人所追求的。 http://mepopedia.com/forum/read.php?516,94708,94708#msg-94708 Mon, 25 May 2026 15:28:47 +0800 Phorum 5.2.7 http://mepopedia.com/forum/read.php?516,94708,94708#msg-94708 資料分析 — — 辛普森悖論：資料會說謊？小心總體與分項分析的陷阱 http://mepopedia.com/forum/read.php?516,94708,94708#msg-94708
  1. 1. 01 到底哪個結論是對的
  2. 2. 02 為啥會出現這種現象
以下文章來源於首席數據科學家 ，作者NK冬至

資料會說謊？資料同行們應該對這個話題都有較多的感觸。今天咱們一起聊聊一個比較有意思、但經常忽略的數學現象：辛普森悖論，看一看這回資料到底是怎麼說謊的。

1. 01 到底哪個結論是對的



我們來看一個案例。

我們想判斷醫院A和醫院B哪家醫院的死亡率更低，希望透過死亡率判斷醫院的診治水平。

統計A和B的總體死亡率，我們發現A的死亡率是36%（假設總病人100，死亡36人），B的死亡率是40%（假設總病人100，死亡40人）。

假設我們上述的資料統計口徑都是完全一致的，沒有口徑上的差異，那是不是可以得出結論：B醫院的診治死亡率更高？再延伸一下，那是不是代表B醫院的治療水平差，畢竟死亡率高嘛！

如果是這樣的推理邏輯，其實存在了巨大的漏洞。我們將A和B醫院的病人按照危重程度進行二分類，分為危重病人和輕症病人，再來看一看資料情況，如下圖：



透過上圖我們發現，A醫院的危重病人比重較低，100個人中只有20個，剩下的80個病人都是輕症病人；而B醫院的情況恰恰相反，80個危重病人，20個輕症病人。無論是A醫院還是B醫院，重症病人的死亡率都很高，A醫院甚至達到了100%；而輕症病人的死亡率相對較低，B醫院0死亡。

縱向對比發現，無論是重症病人、還是輕症病人，B醫院的死亡率都是要低於A醫院的。但是由於B醫院的重症病人比重遠大於A醫院，導致了總體的死亡率高。

因此，我們到底要說B醫院的診治死亡率是高呢，還是低呢？

如果單純從總體資料上得出結論：B醫院的總體死亡率更高，這個從統計上沒問題，但是並不代表B醫院的治療水平差，因為從細分結構上看，B醫院的水平都更高。

這就是典型的辛普森悖論：即總體得出的結論和拆分後分項得出的結論，完全相反。

2. 02 為啥會出現這種現象



有沒有覺得很神奇。那為啥會出現這種現象呢？我們從數學和通俗兩個角度分別看一下。

（1）資料角度

我們先從數學的角度來看一看。其實可以用下面的圖形化來表示：



上圖中的3個黑點代表了A醫院，3個白點代表了B醫院。右上側的黑點和白點代表了A醫院和B醫院的總體，適應於向量的加法，是由兩個子向量（即重症和輕症）相加得到。x軸是患病人數，y軸是死亡人數。因此，每個向量的斜率代表了死亡比率。

透過上圖，我們可以發現：



子部分的比例大小，彙總後的整體大小關係並無絕對性。



再看一個散點圖，也是很直觀地說明了這一點：



上面的散點圖，如果不拆分到子部分，單純看x和y，明顯是負相關。但如果透過顏色第三個維度進行區分，明顯發現x和y是正相關的。

（2）通俗實踐角度

我們從通俗實踐的角度，看看為啥會出現辛普森悖論。

簡而言之：當我們對總體進行了第三個維度的拆分後（也就是我們常說的下鑽），由於不同分析物件在第三維度的比例結構有差別，最終導致了悖論現象的發生。

換句話說，如果兩個分析物件，在所有的維度拆分上的比例結構都一致，那麼也就不會出現辛普森悖論。

但通常來講，實踐中總會有差別的結構維度，因此出現該悖論也是機率不低的。往往沒發現結構性差異，是因為關鍵的拆解維度沒有被找到，而不是不存在。比如下面這個航空公司準點率的例子：



總體延誤率明顯是西部航空更低，但是拆分到起飛機場維度，發現每個機場的阿拉斯加航空的延誤率都低於西部航空。主要的干擾資料就是鳳凰城機場，西部航空的航班異常多，拉低了整體的延誤率。

但是拆分機場這種關鍵維度，有時候是不是也不太能想到。只有對事業充分了解、對資料足夠敏感，才能發現這其中的問題吧~

03 一些啟示



透過上面的案例及分享，不知道各位朋友是不是有了一些自己的想法。

其實多年前我搞資料分析的時候，確實遇到過這個問題。當初自己不知道辛普森悖論，一直覺得是自己資料算錯了。結果核查了好幾遍發現資料沒問題，但就是結論和直觀的感覺相悖。然後我就簡單證明了一下，確實會出現這個現象。後來才知道這個是辛普森悖論。

一方面，希望各位朋友以後再碰到這種彙總統計資料的時候，保留一顆質疑的心，極有可能是隱瞞了關鍵維度而得出了誤導性的結論。另一方面，各位朋友自己在做資料分析的時候，切記多多做下鑽、多多嘗試不同的維度進行分析。單單透過彙總資料得出的結論很有可能是和真相背道而馳的。

當然，這也給有些喜歡透過資料“說謊”的人，留下了後門。但這不應該是我們資料人所追求的。]]> frlily 資訊 Tue, 18 Feb 2025 11:36:58 +0800