标准差(Standard Deviation,简称SD)是衡量一组数据"围绕平均值有多分散"的数值。如果说平均值告诉你的是这组数据的总体水平,那么标准差告诉你这些数据彼此相差多大、分布有多分散。
一、标准差具体衡量什么?
假设有两组学生,某个问卷的得分如下:
| 组别 | 5名学生的得分 | 平均值 | 数据特点 |
|---|---|---|---|
| A组 | 5、6、6、6、7 | 6分 | 大家的分数接近,比较集中 |
| B组 | 2、4、6、8、10 | 6分 | 有人分数低、有人分数高,比较分散 |
两组平均分都是6分,但学生之间的差异明显不同。标准差就是用来描述这种差异的。按照后面介绍的样本标准差公式,A组标准差约为 0.71分,B组约为 3.16分。因此,在同一种测量、相同单位下:标准差越小,数据越集中在平均值附近;标准差越大,数据越分散。标准差为0,说明所有人的数值完全相同。
标准差本身没有"越大越好"或"越小越好"的含义,要结合测量的内容来理解。
二、标准差是怎么算出来的?
用B组的五个分数举例:

第一步:计算平均值
把所有人的分数加起来,再除以人数:

第二步:计算每个分数与平均值的差,再平方
每个人的分数减去平均值,得到的差叫作离差。
| 分数 x_i | 与平均值的差 x_i-6 | 差的平方 (xi−6)2 |
|---|---|---|
| 2 | −4 | 16 |
| 4 | −2 | 4 |
| 6 | 0 | 0 |
| 8 | 2 | 4 |
| 10 | 4 | 16 |
| 合计 | 0 | 40 |
分数有的高于平均值,有的低于平均值,正负差值直接相加会抵消。平方后都变成非负数,就可以保留每个数值偏离平均值的信息。同时,偏离较大的数值会获得更大的权重。
第三步:除以"人数减1",得到样本方差
这里有5个人,按照常用的样本方差公式:

方差也衡量数据的分散程度,但因为刚才做了平方,它的单位变成了"分的平方",不太方便直观解释。
第四步:开平方,得到样本标准差
