Khiin neliö -testi (χ²) – havaitut vastaan odotetut frekvenssit
Khiin neliö -testi vertaa havaittuja frekvenssejä odotettuihin ja kertoo, ovatko erot tilastollisesti merkitseviä. Tämä laskuri tukee kahta yleisintä χ²-testiä: yhteensopivuustestiä (sopiiko jakauma odotettuun) ja riippumattomuustestiä (ovatko kaksi muuttujaa riippumattomia ristiintaulukossa). Saat χ²-arvon, vapausasteet ja p-arvon heti.
Määritelmä
Khiin neliö -testisuure mittaa, kuinka kaukana havaitut frekvenssit ovat odotetuista. Jos havaitut ja odotetut ovat lähellä toisiaan, χ² on pieni eikä eroa ole. Jos ne poikkeavat selvästi, χ² kasvaa ja ero voi olla merkitsevä. Testisuuretta verrataan khiin neliö -jakaumaan, jonka muoto riippuu vapausasteista.
Kaava ja selitys
Molemmissa testeissä testisuure lasketaan samalla kaavalla:
χ² = Σ (havaittu − odotettu)² ÷ odotettu
Vapausasteet riippuvat testistä:
- Yhteensopivuustesti: df = k − 1, jossa k on luokkien lukumäärä.
- Riippumattomuustesti: df = (r − 1)(c − 1), jossa r on rivien ja c sarakkeiden lukumäärä.
Riippumattomuustestissä kunkin solun odotettu arvo lasketaan kaavalla:
odotettu = (rivin summa · sarakkeen summa) ÷ kokonaissumma
Vaiheittainen esimerkki (yhteensopivuus)
Heitetään kolikkoa 50 kertaa: kruunaa 30, klaavaa 20. Rehellisellä kolikolla odotetaan 25 ja 25.
- Kruuna: (30 − 25)² ÷ 25 = 25 ÷ 25 = 1.
- Klaava: (20 − 25)² ÷ 25 = 25 ÷ 25 = 1.
- Summa: χ² = 1 + 1 = 2,0, vapausasteet df = 2 − 1 = 1.
- P-arvo on noin 0,157, joten ero ei ole merkitsevä tasolla 0,05.
Vaiheittainen esimerkki (riippumattomuus)
Ristiintaulukossa rivit ovat sukupuoli ja sarakkeet tuotevalinta. Solujen odotetut arvot lasketaan rivien ja sarakkeiden summista, minkä jälkeen χ² lasketaan samalla kaavalla solu solulta ja summataan. Esimerkiksi 2×2-taulukossa vapausasteet ovat df = (2 − 1)(2 − 1) = 1.
Tuloksen tulkinta
Vertaa p-arvoa merkitsevyystasoon (yleensä 0,05):
- p < 0,05: havaitut poikkeavat odotetuista merkitsevästi – nollahypoteesi hylätään.
- p ≥ 0,05: ero voi johtua sattumasta – nollahypoteesia ei hylätä.
Testi edellyttää, että odotetut frekvenssit ovat riittävän suuria, yleensä vähintään 5 jokaisessa luokassa. Hyvin pienillä odotetuilla arvoilla tulos on epäluotettava.
Käyttökohteet
- Yhteensopivuus: noudattaako havaittu jakauma teoreettista (noppa, syntymäkuukaudet).
- Riippumattomuus: liittyvätkö kaksi luokittelumuuttujaa toisiinsa kyselyaineistossa.
- Laadunvalvonta: poikkeavatko virhetyyppien määrät odotetusta.
- Markkinointi: eroavatko valinnat ryhmien välillä.
Missä khiin neliö -testiä käsitellään opinnoissa?
Khiin neliö -testi kuuluu tilastollisen päättelyn menetelmiin. Lukion matematiikassa testiä sivutaan tilastojen ja todennäköisyyden yhteydessä, ja yliopiston tilastotieteen peruskursseilla χ²-testit ovat keskeisiä ei-parametrisia menetelmiä luokitellun aineiston analyysiin. Sama jakauma esiintyy myös varianssin estimoinnissa ja muissa testeissä.