终于有人把幸存者偏差讲明白了

大数据DT

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2021-12-28 15:06

导读:本文带你了解数据收集的偏差。


作者:徐晟
来源:大数据DT(ID:hzdashuju)





数据收集是一项重要的工作,需要投入大量精力和时间,这是因为数据质量直接关乎分析结论的成败。然而,错误的数据收集方法可能造成结果偏差。


比如统计对象出现错误,明明应该统计数据集合A,却统计了数据集合B。又比如统计对象不全面,只抽样了部分数据,却没有统计全体,或者忽略了数据分布存在偏斜等。


这些错误的数据收集方法会产生两种常见的数据偏差——幸存者偏差选择性偏差



01 幸存者偏差


幸存者偏差指用于统计的数据仅来自幸存者,导致结论与实际情况存在偏差的情况。


幸存者偏差源自一个真实故事:二战时期,美军统计了作战飞机的受损情况,他们发现,返航飞机各个损伤部位被击中的弹孔数不同。这些飞机发动机部位的弹孔数最少,机翼的弹孔数量最多。于是有人提出,要赶紧加固飞机机翼,因为这些部位更容易受到敌方炮火的攻击。


可是,美国哥伦比亚大学的沃德教授立即否决了这个方案。沃德教授是一位统计学专家,他应军方要求提供相关专业建议。沃德指出,应该强化的不是机翼,而是发动机。从理论上讲,飞机各部位的中弹概率应该是相同的。发动机部位的弹孔明显偏少,只能说明:那些被击中引擎的飞机大多没有返航。


这就是幸存者偏差,军方只看到幸存下来的飞机,却没有意识到它们只是一部分数据,不能反映飞机受损的真实情况。


选择正确的数据样本非常重要。我们必须保证数据考察是全面的,而非其中的一部分。在很多场合,人们下意识地会做出具有幸存者偏差的选择。


比如一个粗心的研究者在统计医学数据时,为图方便选择了住院病人为研究对象,却没有意识到这种做法可能为研究结果带来偏差——只有病人才去医院。


一些成功学的书中提到,比尔·盖茨、扎克伯格、乔布斯、埃里森等成功人士都在大学退学创业,似乎从大学退学更有可能获得成功。但这只是幸存者的案例,我们从未听到失败者故事,更不能说明大学退学创业就是成功的必需特质。


如果一项研究是通过已有的样本去研究过去某个规律,那就要当心了,因为它很有可能存在幸存者偏差。当我们选择已有的样本时,就只看到了幸存者,而忽略了没被统计到的样本。


比如,查看公司财务报表时,就已经过滤掉了那些经营不善而破产的公司;查看老年人在医院的诊疗记录时,就默认地排除了没有活到老年的人群;统计某款手机软件的受欢迎程度,不自觉地排除了那些买不起手机或者从未安装过该手机软件的人。这样的例子比比皆是。


之所以会产生幸存者偏差,是因为很多人从一开始就搞错了统计样本,只看到经过筛选的数据,但没有意识到筛选的过程。如果只是人为地选择部分观察数据,那就无法保证结论的客观性。


要获得“全样本”数据绝非易事。由于认知局限,很多人只看见了那些能看见的现象——比如受损的飞机、就医的病人、成功的企业家、公司的报表,但忽略了没有看见的真相—未返航的飞机、健康的人、失败的创业者、破产的公司,而这些被忽略的数据同样重要,甚至更加重要。




02 选择性偏差


19世纪初期,人们认为统计就是要追求考察对象的大而全,数据越多,结果就越准。不过,想要考察大而全的总体,有时不具备操作性。于是一些统计学家提出了抽样的想法,认为只要方法得当,就算不考察总体,也能通过研究一部分有代表性的随机个体来推断出总体的特征。


这些从总体中选出来的个体的集合,叫作样本,随机选择的动作叫作抽样。统计学界围绕“抽样”这件事争论了好几十年。直到20世纪30年代,抽样的科学性才被学术界逐渐认可。


抽样是一种非常好的了解大量样本空间分布情况的方法,适用于大样本。抽样的对象要尽可能分散和有代表性,这样才能体现出整个样本的分布特点。


不过,抽样毕竟对研究对象做了精简,因此它很可能存在样本选择上的偏差,即选择性偏差。比如想要调研中年男性的健康程度,抽样时只选了亚洲人,这个抽样对象显然不够全面。又或者,调研时只收集了若干人的数据,研究样本过少,因此得到的结论也不具备普适性。


选择性偏差是在抽样时出现的一大问题。有时,人们为了证明自己的观点,倾向于选择特定的数据来支撑结论,从而忽略了其他证据。采用有偏差的抽样数据,几乎可以得到人们想要的任何结论。


假如在调研问卷中问这样一个情感问题:“假如爱情可以重来,你是否还会选择和他/她在一起?”结果会如何呢?我想多数会收到“不会”的答案。这并不是真相,只是那些回复的人群可能是“有偏的”。


因为调查问卷是自愿回复,所以对这个话题抱有强烈负面感受的人,更有可能不厌其烦地做出回应,那些生活幸福的人也许随手就将问卷丢进了垃圾桶。


又比如,去高档的购物场所进行调研,会出现选择性偏差,因为去那里消费的人相对富有;而如果去山村调研,则很可能得出完全相反的结论。


在以上的例子中,前者由被调查的人自行决定要不要回应,后者则由调查人员决定如何选取样本,这两种调查方法都会人为地影响统计结果。


抽样的结论若要很好地代表整体,需要具备两个条件:


  • 一是样本足够大,根据大数定律,这样的样本分布更接近总体;

  • 二是抽样方法要正确,确保抽样是完全随机的,它既不受调查者的选择影响,也不受被调查者的偏好影响。


采用随机抽样的方法,可以一定程度上消除对样本选择的偏差。


以民意调查为例,我们知道,美国的总统选举永远是个热门话题,网络和媒体会密切关注,并跟踪报道一手资料。其中一个热门话题就是关于选举结果的预测。由于选票会涉及不同阶级、不同种族、不同利益的人和团体,所以要调研民众意向,抽样时就应该考虑兼顾各种利益团体的样本,否则很有可能出现带有偏差或者歧视的结论。


为了调查民众的看法、意见和心态,乔治·盖洛普设计了一种盖洛普民意测验。他根据年龄、性别、教育程度、职业、经济收入、宗教信仰这6个标准,在美国各州进行抽样问卷调查或电话访谈,然后对统计结果做出分析。此方法产生于20世纪30年代,今天仍会被使用,并且有着相当高的权威性。


总之,抽样要针对大样本,保证样本的随机性。如果抽样的样本很少,或由于其他原因导致了统计不充分,那么结论很可能是错误的。




小结


数据样本偏差带来了“以偏概全”的风险,它会得出“差之毫厘,谬以千里”的错误结论。过去,人们担心小样本导致统计误差;而在大数据时代,这个问题并不会消失,反而变得更加复杂,也更难察觉。


幸存者偏差提醒我们,要考察所有类型的数据。选择性偏差提醒我们,要客观地挑选数据。前者是因为没有准确选择研究对象而导致的偏差,后者是由于没有“公平”地挑选数据导致的偏差,两者都未看清数据的全貌。


为了避免幸存者偏差,我们需要拥有全面的数据集合,而不是有意或无意地排除总体中的某个子集。为了避免选择性偏差,我们应该客观地考察所有数据,而不是仅仅考虑少量的数据,或者支持既定假设的数据。


关于作者:徐晟,某商业银行IT技术主管,毕业于上海交通大学,从事IT技术领域工作十余年,对科技发展、人工智能有自己独到的见解,专注于智能运维(AIOps)、数据可视化、容量管理等方面工作。

本文摘编自大话机器智能:一书看透AI的底层运行逻辑》,经出版方授权发布。(ISBN:9787111696193)

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