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令和8年4月17日 (金)

平均値の区間推定- ロットアウトを防ごう-

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  🔋 C1 📛 立花和宏

🔚 品質管理 🏫 Web Class syllabus 53225 📆 🌸 🕘 時間割 🕐 13:00~14:30 🕝 ( 中示BFiles C1
このWeb資料は、テキストの持参を前提とする対面授業の参考にすることができます。 但し、Web資料の閲覧だけでは、授業の復習として不十分です。 資料は現状有姿のまま提供されます。不備な箇所も多々ありますが、ご了承ください。 また予告なく訂正・追加されることもありますので、ご了承ください。

対照実験(コントロール実験)

  1 対照実験 ( コントロール実験 )
対象 効果の有無 誤るリスク
コントロール 効果がある 効果があるのにない誤るリスク
コントロール 効果がない 効果がないのにあると誤るリスク
卒業研究 実験 06 化学バイオ工学実験 165 品質管理 123 無機工業化学

科学の方法において、 目的とする仮説の検証をするとき、 比較の対照となる基準を、コントロールとかブランクとか言います。

コントロール群(対照群)と「処理(治療)群」で効果の有意差を検定するときは、 独立変数をコントロールし、未知の要因は ランダム化 します。

薬理効果の場合は、プラセボ効果も ランダム化 します。 また、二重盲検によって実験者もランダム化します。

数学と数値計算

プログラミング言語

  2 プログラミング言語の種類
種類 分類 言語 特徴
インタプリタ Webアプリ JavaScript Webブラウザ上で動作(クライアントサイド)
vb script(vbs,vba,asp) 1 ) 1964 開発 キーボードとディスプレイが必要
AI Webアプリ python パイソン 2 ) * matplotlibで、 論文や プレゼンテーションのグラフ作成に。 ビッグデータ データサイエンス * 、 マテリアルズインフォマティクス *、AI
教育 Scratch ビジュアルプログラミング
コンパイル OS C 3 ) ポインタ、構造体が扱える。 センサーやアクチュエータを使った 制御
汎用 VB.NET オブジェクト指向(多重継承なし)
汎用 Kotlin アンドロイドアプリ向け
OS C++ オブジェクト指向
colab jupyter

ファイルベースのシステムでは、コンパイラ言語は実行可能なファイルを生成し、 インタプリタ言語はそれを生成しないという違いがありました。 しかし、クラウドベースになって、実行ファイルそのものをクライアントにダウンロードしなくなり、 ジャストインコンパイルで実行結果だけを利用するようになると コンパイラ言語とインタプリタ言語の違いは、あまり本質的でなくなりました。

科学技術用の伝統的な言語としては、FORTRANがあります。 FORTRAN系列の言語としては、BASIC、pythonがあります。 統計用言語としてRがあります。

アルゴリズム重視の伝統的な言語としてALGOLがあります。 ALGOLは、Pascal, C, C++, C#,java, javascript, typescript, Kotlinと進化してきました。 juliaはCに迫る計算速度を誇ります。

サーバーサイドで使われてきたPerlや Ruby もクラウドで利用できるようになってきました。

人工知能で伝統的な言語Lispは、F#Schemeもクラウドで利用できるようになってきました。

人気 プログラミング言語 は、java script、そしてpython*と続きます。 *


体重

  3 21才女性の体重データの例
番号 番号 番号 番号 番号
1  59.36 2  44.53 3  58.35 4  67.92 5  38.68
6  48.06 7  49.78 8  39.99 9  51.77 10  65.25
11  55.42 12  48.40 13  39.28 14  52.48 15  63.73
16  36.39 17  74.29 18  35.62 19  44.20 20  64.46
21  56.71 22  49.77 23  57.53 24  58.65 25  67.56
26  51.56 27  47.82 28  49.37 29  63.26 30  51.45
31  54.90 32  48.88 33  38.58 34  29.74 35  62.75
36  47.07 37  47.12 38  44.93 39  41.75 40  55.88
41  56.51 42  56.96 43  51.37 44  38.16 45  59.45
46  50.67 47  58.27 48  39.71 49  43.98 50  38.89
51  62.33 52  51.73 53  60.10 54  63.79 55  74.60
56  53.05 57  60.08 58  57.24 59  37.96 60  59.92
61  43.19 62  52.95 63  56.97 64  57.43 65  43.49
66  72.75 67  39.59 68  51.25 69  46.20 70  44.75
71  45.63 72  59.98 73  43.65 74  38.08 75  61.89
76  53.56 77  53.87 78  48.03 79  55.79 80  41.61
81  59.83 82  59.06 83  49.92 84  67.41 85  44.80
86  53.73 87  65.44 88  62.76 89  72.28 90  60.40
91  74.14 92  56.60 93  61.76 94  57.54 95  55.58
96  45.86 97  64.02 98  45.03 99  42.24 100  38.18
  4 統計量
項目 全数検査(母集団) 抜き取り検査(標本)
母数n=100 標本数=9
平均 母平均 μ =52.85 標本平均=x_ 52.96
標準偏差 母標準偏差σ=9.83 標本標準偏差s=7.70
分散(Variance) 母分散σ2=96.56 不偏分散s2=59.24
偏差平方和 S=5,285.21 S=476.68

標本標準偏差は、母標準偏差の 不偏推定量ではないが、母標準偏差の推定は、 近似的に標本標準偏差で行うことが多い 4 ) 5 )


平均

  5 平均
アプリ言語 プログラム例
母平均μ 標本平均x_
SQL * select AVG(price) from products
Python * average = statistics.mean(data)
average = np.mean(data)
Google sheet * E3= AVERAGE(B3:D3) E4= AVERAGEA(B3:D3)
Excel * E3= AVERAGE(B3:D3)

母平均は、測定値の算術平均です。測定値の総和を、母数で割って 計算します。 ギリシャ文字μ で表すことが多いです。

標本平均は、標本値の算術平均です。測定値の総和を、標本数で割って 計算します。 ラテン文字 (ローマ字、アルファベット)のxにバーをつけた x_ で、表すことが多いです。

算術平均のほかに、調整平均(トリム平均)も使われます。 6 ) 7 )

*

標準偏差

  6 標準偏差
アプリ言語 プログラム例
母標準偏差σ 標本標準偏差s
SQL * * select STDEVP(price) from products select STDEV(price) from products
Python 8 ) * print(np.std(df.Age))
print(np.std(df.Age, ddof=1))
std = statistics.stdev(data)
*
Google sheet * =STDEVP() =STDEV()
Excel * =STDEV.P()
=STDEVP()
=STDEV.S()
=STDEV()

母標準偏差は ギリシャ文字σ で表し、標本平均は、ラテン文字(ローマ字、アルファベット)の s で、表現することが多いです。

9 ) 10 ) 11 )


正規乱数のヒストグラムと、そこから無作為抽出されたヒストグラム

  1 正規乱数のヒストグラムと、そこから無作為抽出されたヒストグラム
©K.Tachibana
確率分布

正規乱数のヒストグラムと、そこから無作為抽出されたヒストグラムム

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import random

sm = 52.2 # 平均(母平均)
ss = 9.5 # 標準偏差(母標準偏差)
sn = 10000 # 母数
en = 5 # 標本数
x = np.random.normal(loc=sm, scale=ss, size=sn)
sampled = random.sample(x.tolist(), en) #無作為抽出

fig = plt.figure()

ax1 = fig.add_subplot(2, 1, 1)
ax2 = fig.add_subplot(2, 1, 2)

ax1.hist(x)
ax2.hist(sampled)
plt.show()

average1 = np.mean(x)
stdev1 = np.std(x)

average2 = np.mean(sampled)
stdev2 = np.std(sampled)

print('inf',sm,ss)
print(sn,average1,stdev1)
print(en,average2,stdev2)

©K.Tachibana

平均値の有意差検定(t検定)

  2 母平均の有意差検定( t 検定)
©2023-2026 K.Tachibana * , C1 Lab.
python ( colab ) pngsvghtml
12 )

平均値の有意差検定

# ■■■ 平均値の有意差検定 ■■■

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches
import random
from scipy import stats

sm = 52.2 # 平均(母平均)
ss = 9.5 # 標準偏差(母標準偏差)
sn = 10000 # 母数
en = 5 # 標本数
x = np.random.normal(loc=sm, scale=ss, size=sn)
sampled = random.sample(x.tolist(), en) #無作為抽出
y = [ 0.5 for p in sampled]

smm = 64.8 # 平均(母平均)
ssm = 13.9 # 標準偏差(母標準偏差)
xm = np.random.normal(loc=smm, scale=ssm, size=sn)
sampledm = random.sample(xm.tolist(), en) #無作為抽出
ym = [ -0.5 for p in sampledm]

t, p = stats.ttest_ind(sampled, sampledm, alternative='two-sided')
#alternative=two-sided(両側検定), less(小なり片側検定), greater(大なり片側検定)
fig = plt.figure()

ax1 = fig.add_subplot(3, 1, 1)
ax2 = fig.add_subplot(3, 1, 2)
ax3 = fig.add_subplot(3, 1, 3)

ax1.hist(x, color="pink")
ax1.axvline(np.mean(sampled),c="r")
ax1.text(np.mean(sampled), sn/5, " $\mu_\mathrm{f}$ = " + "{:.1f}".format(sm))

e2 = patches.Ellipse(xy=(np.mean(sampled), +0.5), width=np.std(sampled)*6, height=0.2, fc='pink')
ax3.add_patch(e2)
ax3.axvspan(xmin=np.mean(sampled)-np.std(sampled), xmax=np.mean(sampled)+np.std(sampled), color="pink", alpha=0.3)
ax3.axvline(np.mean(sampled),c="r")
ax3.scatter(sampled,y,c="r")
ax3.text(np.mean(sampled), +0.25, " $\overline{x}_\mathrm{f}$ = " + "{:.1f}".format(np.mean(sampled)))

ax2.hist(xm,color="cyan")
ax2.axvline(np.mean(sampledm),c="b")
ax2.text(np.mean(sampledm), sn/5, " $\mu_\mathrm{m}$ = " + "{:.1f}".format(smm))

e1 = patches.Ellipse(xy=(np.mean(sampledm), -0.5), width=np.std(sampledm)*6, height=0.2, fc='cyan')
ax3.add_patch(e1)
ax3.axvspan(xmin=np.mean(sampledm)-np.std(sampledm), xmax=np.mean(sampledm)+np.std(sampledm), color="cyan", alpha=0.3)
ax3.axvline(np.mean(sampledm),c="b")
ax3.scatter(sampledm,ym,c="b")
ax3.text(np.mean(sampledm), -0.35, " $\overline{x}_\mathrm{m}$ = " + "{:.1f}".format(np.mean(sampledm)))


ax3.text(30, 0.15, "$t$ = {:.3f}".format(t))
ax3.text(30, -0.15, "$p$ = {:.3f}".format(p))

plt.show()


# ■■■ 平均値の有意差検定 ■■■

©K.Tachibana

  7 アプリの種類
種類説明
文書作成 ワープロ deepl

論文報告書、あるいはそれらの 要旨などの 文書を作成、印刷するアプリです。 13 )

表計算 数値を計算し、 グラフなどの図表を作成するアプリです。 平均標準偏差などの統計量も計算できます。 データ の件数は 30件程度までが適切です。 それ以上の件数の場合、データベースアプリと連携して 抽出した データ を使う方が効率的です。
👨‍🏫 プレゼンテーション

講演 スライドポスターを作成できます。 14 )

グラフィックス 図形地図写真などの 画像の作成や編集をします。
CAD Solid works * 図面
Autodesk AutoCAD Web 図面
生成AI Chat GPT Gemini 文章や 画像の生成をします。
Webページ作成 HTML editor
データベース Microsoft Access Microsoft SQL Server
動画編集
👨‍🏫 プログラミング google colab
ビジネス ・グループウェア
  • メール
  • チャット
    • Slack
  • 会議 Zoom, Teams, Meet
  • カレンダー、連絡先、名刺交換
  • SNS

アプリ には、 オペレーティングシステム (OS) 上で動く、インストールアプリと、 Webブラウザ 上で動く Webアプリがあります 15 )

アカウント を有効化して、 サービスアプリ を利用する(ログイン、ログオン、サインイン)には、 認証が必要です。

人気 プログラミング言語 は、java script、そしてpyton*と続きます。 *


表計算ソフト

  8 表計算ソフト
A B C D E
1 test test test test test
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計算ソフトは、 データ計算グラフ化 に使います 16 ) 。 Microsoft®Excel®に代表される表計算ソフトはもっともよくつかわれる アプリ でしょう。 ほかにも kingsoftのSpreadsheetsや、 GoogleのGoogle スプレッドシートなどがあります。 中にはVBAまで動作する互換性の高いものも。でも インピーダンス の計算に使う複素数アドオンなどはやはりExcel®かも。 最近は クラウド で動作するオンラインが増えていますが、測定器などはまだまだオフライン。


  9 数・数字数値
概念種類
自然数 1,2
有理数 -1(整数、負数),0.5(小数),1/3(分数)
無理数 √2(無理数)は、根号と数字で表現されます。 π(円周率)、e(ネーピアの底)は数を表現する文字ですが、数字ではありません。
数字 算用数字 1234567890 アラビア数字、インド数字と呼び名には歴史的経緯があります。 6世紀ごろ、インドで0という数字の発明されました。 位取り記数法 * 、数値に桁(デジット)の概念が導入され、計算が著しく早くなりました。 また 印刷技術で、 記録された数値が、広く利用できるようになりました。
漢数字 一二三壱弐参
ローマ数字 ⅠⅡⅢⅣⅤ 11世紀 商人が計算に便利な算用数字を使おうとしていたところ、 ギルドが公文書でその使用を禁止しました *
数値 数量を数字で表現
デジタル表示
3.14,6.02×1023 量を数にするには、 単位 が必要です。 ただし、 単位 は、人が決めたものなので、物理の範疇にはありません *。 数値は、 数式に代入することができます。 量と量との関係を表現した物理の 量方程式は、 人が決めた 単位 に依存しないので、 単位 を書くべきではありません。 量記号には、単位で割った数値のみを代入します。

数を数字で表現する方法として、アラビア数字による位取り記数法があります。(新 情報技術基礎p.26) コンピュータの内部では、符号付き整数、 倍精度浮動小数点数型(FP64-64bit)、などとして表現されます。

データは、思想や感情を含まないメディアにデジタル記録可能な表現です。

e-stat 平均身長・平均体重

参考文献

🏫 品質管理
q71
品質管理


QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/53225/53225_10.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 学術情報基盤センター

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名称: サイバーキャンパス「鷹山」
URL: 🔗 http://amenity.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 データベースアメニティ研究会
代表: 多田隈 理一郎
〒992-8510 山形県米沢市城南4丁目3-16

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