Кіріспе

Деректер жиынтығында күтілгеннен артық өзгергіштіктің болуы. Статистикада, артық дисперсия – берілген статистикалық модельге сәйкес күтілгеннен жоғары өзгергіштік (статистикалық таралу) деректер жиынтығында болуы. Қолданбалы статистикадағы ең көп кездесетін міндеттердің бірі – эмпирикалық байқаулар жиынтығына сәйкес келетін параметрлік модельді таңдау. Бұл таңдалған модельдің дұрыстығын бағалауды талап етеді. Әдетте, модель параметрлерін осылай таңдауға болады, осылайша модельдің теориялық популяциялық орташасы үлгі орташасына шамамен тең болады. Дегенмен, әсіресе, азырақ параметрлері бар қарапайым модельдер үшін теориялық болжамдар жоғары моменттерде эмпирикалық байқаулармен сәйкес келмеуі мүмкін. Егер байқалған дисперсия теориялық модельдің дисперсиясынан жоғары болса, онда артық дисперсия орын алады. Керісінше, дисперсияның жетіспеуі – деректердің күтілгеннен аз өзгеруін білдіреді. Артық дисперсия қолданбалы деректерді талдауда жиі кездесетін құбылыс, себебі практикада популяциялар көбінесе гетерогенді (біртекті емес) болады, бұл кеңінен қолданылатын қарапайым параметрлік модельдердің негізгі болжамдарына қайшы келеді.

Балық

Артық дисперсия, Poisson үлестіріміне негізделгендей, өте қарапайым параметрлік модельдерді қолданғанда жиі кездеседі. Poisson үлестірімінің бір ғана еркін параметрі бар және орташа мәннен тәуелсіз дисперсияны реттеуге мүмкіндік бермейді. Poisson отбасынан үлестіруді таңдау көбінесе эмпирикалық деректердің ерекшеліктерімен анықталады. Мысалы, Poisson регрессиялық талдауы көбінесе санау деректерін модельдеу үшін қолданылады. Егер артық дисперсия байқалса, қосымша еркін параметрлері бар балама модель жақсырақ нәтиже береді. Санау деректері үшін, керісінше, теріс биномдық үлестіру сияқты Poisson қоспа модельін қолдануға болады, онда Poisson үлестірімінің орташасы өзінің кездейсоқ шама ретінде қарастырылады – осы жағдайда гамма үлестірімінен алынған, соның арқасында қосымша еркін параметр енгізіледі (нәтижесіндегі теріс биномдық үлестіру екі параметрмен толық сипатталады).

Биномиалдық

Нақтырақ мысал ретінде, отбасыларда туған ұлдардың саны биномдық үлестірілімге толық сәйкес келмейтіні байқалады. Керісінше, отбасылардың жыныс арақатынасы ұлдарға немесе қыздарға қарай бұрылуы мүмкін (мысалы, Триверс-Уиллард гипотезасы осының бір түсіндірмесі болып табылады), яғни, толық ұлдан тұратын отбасылар, толық қыздан тұратын отбасылар және халықтың 51:49 ұл-қыз арақатынасына жақын отбасылар биномдық үлестірілімнен күтілгенге қарағанда аз болады, ал нәтижеде эмпирикалық дисперсия биномдық модельде көрсетілгеннен артық болады. Мұндай жағдайда, бета-биномдық модельдің үлестірілімі биномдық үлестірілімге қарағанда танымал және аналитикалық тұрғыдан қарастырылатын балама болып табылады, себебі ол байқалған деректерге жақсырақ сәйкес келеді. Отбасылардың әртүрлілігін ескеру үшін, биномдық модельдің ықтималдық параметрін (мысалы, ұл болу ықтималдығын) әрбір отбасы үшін бета үлестірілімінен алынған кездейсоқ айнымалы (яғни, кездейсоқ эффектілер моделі) деп қарастыруға болады. Нәтижедегі құрама үлестірілімде (бета-бином) қосымша еркін параметр пайда болады. Артық дисперсияға қатысты тағы бір жиі кездесетін модель – кейбір байқаулар Бернулли емес болғанда, логистикалық модельге қалыпты кездейсоқ айнымалыны енгізу арқылы туындайды. Осы типтегі көп деңгейлі модельге сәйкес келетін бағдарламалық жасақтама кеңінен қолжетімді. Егер қалыпты айнымалының дисперсиясы нөлге тең болса, онда модель стандартты (дисперсиясы жоқ) логистикалық регрессияға дейін тобырылады. Бұл модельде қосымша еркін параметр бар, атап айтқанда, қалыпты айнымалының дисперсиясы. Биномдық кездейсоқ айнымалыларға қатысты, артық дисперсия ұғымы тек n>1 болғанда ғана мағыналы (яғни, Бернулли кездейсоқ айнымалылары үшін артық дисперсия мағынасыз).

Қалыпты үлестіру

Нормалды үлестірімде (Гаусс) дисперсия параметр ретінде қарастырылатындықтан, шекті дисперсиясы бар кез келген дерек (соның ішінде кез келген шекті деректер) нақты дисперсиясы бар нормалды үлестірім арқылы модельделуі мүмкін. Нормалды үлестірім – орташа және дисперсиясы бар екі параметрлі модель. Осылайша, жатқылық модель болмаған жағдайда, деректердің нормалды модельге қатысты артық шашыраңқы болуы туралы түсінік жоқ, бірақ сәйкестік басқа жағынан нашар болуы мүмкін (мысалы, қисықтықтың жоғары моменттері, куртоз және т.б.). Алайда, егер деректер күтілетін дисперсиямен нормалды үлестірім арқылы модельденсе, онда ол осы болжамға қатысты артық немесе жетіспей шашыраңқы болуы мүмкін. Мысалы, статистикалық сараптамада қателік шегі (үлгі көлемімен анықталады) іріктеу қателігін және осылайша қайталама сараптамалардағы нәтижелердің дисперсиясын болжайды. Егер белгілі бір популяцияның қайталама сараптамаларының мета-талдауы жүргізілсе (мысалы, берілген үлгі көлемімен, сондықтан қателік шегі бірдей), нәтижелер қателік шегіне тең стандартты ауытқумен нормалды үлестірімге түседі деп күтіледі. Дегенмен, егер сараптамалардың әртүрлі үлгі алу қателіктері болса, үлестірім құрама үлестірім болады және болжамды үлестірімге қатысты артық шашыраңқы болады. Мысалы, егер барлық қайталама пікір сауалнамаларының қателік шегі 3% болса және оларды әртүрлі сауалнама ұйымдары жүргізсе, нәтижелердің стандартты ауытқуы әртүрлі әдістемелерден туындаған сауалнама жүргізушілердің бейімділігіне байланысты 3% -дан жоғары болады деп күтіледі.

Терминологияның әр саладағы айырмашылығы

Шамадан тыс және жеткіліксіз дисперсия – биологиялық ғылымдар салаларында қабылданған терминдер. Паразитологияда "шамадан тыс дисперсия" термині әдетте осы жерде берілген анықтама бойынша қолданылады, яғни күтілгеннен жоғары дисперсиялы таралымды білдіреді. Дегенмен, экологияның кейбір салаларында мағыналары ауыстырылып, шамадан тыс дисперсия күтілгеннен гөрі біркелкірек (төмен дисперсия) деп түсіндіріледі. Бұл шатасу экологтардың кейбіреулерін "шоғырланған" немесе "жұқпалы" терминдерін экологияда "шамадан тыс таралым" үшін қолдануға итермеледі. Мұндай бейімділіктер паразитологияға да еніп жатыр. Жалпы, бұл ұсынысқа құлақ аспайды және әдебиетте шатасушылық сақталады. Сонымен қатар, демографияда өлім санының деректерін талдау кезінде шамадан тыс дисперсия жиі кездеседі, бірақ демографтар "көрінбейтін әртүрлілік" терминін қалайды.