In statistieken worden de vrijheidsgraden gebruikt om het aantal onafhankelijke hoeveelheden te definiëren dat aan een statistische distributie kan worden toegewezen. Dit getal verwijst doorgaans naar een positief geheel getal dat aangeeft dat er geen beperkingen zijn voor het vermogen van een persoon om ontbrekende factoren uit statistische problemen te berekenen.
Vrijheidsgraden fungeren als variabelen in de uiteindelijke berekening van een statistiek en worden gebruikt om de uitkomst van verschillende te bepalen scenario's in een systeem en in wiskundige vrijheidsgraden definiëren het aantal dimensies in een domein dat nodig is om de vol vector.
Om het concept van een vrijheidsgraad te illustreren, kijken we naar een basisberekening met betrekking tot de steekproef gemiddelde, en om het gemiddelde van een lijst met gegevens te vinden, voegen we alle gegevens toe en delen we door het totale aantal waarden.
Een illustratie met een steekproefgemiddelde
Veronderstel even dat we de gemeen van een dataset is 25 en dat de waarden in deze set 20, 10, 50 en een onbekend nummer zijn. De formule voor een steekproefgemiddelde geeft ons de vergelijking
(20 + 10 + 50 + x) / 4 = 25, waar X duidt het onbekende aan, gebruik makend van wat basis algebrakan men dan vaststellen dat het ontbrekende getal, X, is gelijk aan 20.Laten we dit scenario een beetje wijzigen. Opnieuw veronderstellen we dat we weten dat het gemiddelde van een dataset 25 is. Deze keer zijn de waarden in de dataset echter 20, 10 en twee onbekende waarden. Deze onbekenden kunnen verschillen, dus gebruiken we er twee verschillende variabelen, X, en y, om dit aan te geven. De resulterende vergelijking is (20 + 10 + x + y) / 4 = 25. Met wat algebra verkrijgen we y = 70- X. De formule is in dit formulier geschreven om te laten zien dat als we eenmaal een waarde hebben gekozen X, de waarde voor y is volledig bepaald. We moeten één keuze maken, en dit laat zien dat er een is graad van vrijheid.
Nu kijken we naar een steekproefomvang van honderd. Als we weten dat het gemiddelde van deze voorbeeldgegevens 20 is, maar we kennen de waarden van geen van de gegevens, dan zijn er 99 vrijheidsgraden. Alle waarden moeten optellen tot een totaal van 20 x 100 = 2000. Zodra we de waarden van 99 elementen in de dataset hebben, is de laatste bepaald.
Student t-score en Chi-Square Distribution
Vrijheidsgraden spelen een belangrijke rol bij het gebruik van de Leerling t-score tafel. Er zijn er eigenlijk meerdere t-score distributies. We maken onderscheid tussen deze verdelingen door gebruik te maken van vrijheidsgraden.
Hier de kansverdeling dat we gebruiken hangt af van de grootte van onze steekproef. Als onze steekproefomvang is n, dan is het aantal vrijheidsgraden n-1. Voor een steekproefomvang van 22 zouden we bijvoorbeeld de rij van de moeten gebruiken t-score tafel met 21 vrijheidsgraden.
Het gebruik van een chikwadraatverdeling vereist ook het gebruik van graden van vrijheid. Hier, op identieke wijze als bij de t-score distributie, de steekproefomvang bepaalt welke distributie te gebruiken. Als de steekproefomvang is n, dan zijn er n-1 graden van vrijheid.
Standaarddeviatie en geavanceerde technieken
Een andere plaats waar vrijheidsgraden opduiken is in de formule voor de standaarddeviatie. Dit voorval is niet zo openlijk, maar we kunnen het zien als we weten waar we moeten kijken. Naar zoek een standaarddeviatie we zoeken naar de "gemiddelde" afwijking van het gemiddelde. Nadat we echter het gemiddelde van elke gegevenswaarde hebben afgetrokken en de verschillen hebben gekwadrateerd, delen we uiteindelijk door n-1 liever dan n zoals we zouden verwachten.
De aanwezigheid van de n-1 komt uit het aantal vrijheidsgraden. Sinds de n gegevenswaarden en het steekproefgemiddelde worden gebruikt in de formule, er zijn n-1 graden van vrijheid.
Geavanceerdere statistische technieken gebruiken meer gecompliceerde manieren om de vrijheidsgraden te tellen. Bij het berekenen van de teststatistiek voor twee middelen met onafhankelijke steekproeven van n1 en n2 elementen, het aantal vrijheidsgraden heeft een vrij ingewikkelde formule. Het kan worden geschat door de kleinste van te gebruiken n1-1 en n2-1
Een ander voorbeeld van een andere manier om de vrijheidsgraden te tellen, komt met een F test. Bij het uitvoeren van een F test die we hebben k monsters van elk formaat n- de vrijheidsgraden in de teller zijn k-1 en in de noemer is k(n-1).