STEP 1

平均値・中央値・最頻値ってなに?

たくさんのデータを「ひとつの数」で代表させたいとき使うのが代表値。代表値には主に3種類あり、それぞれ性格が違う。まずは9人の小テストの得点(10点満点)で見てみよう。

データ:\(3,\ 4,\ 5,\ 6,\ 6,\ 6,\ 7,\ 8,\ 9\)(すでに小さい順に並んでいる)
平均値 全部たしてデータの個数で割った値。\(\dfrac{3+4+5+6+6+6+7+8+9}{9} = \dfrac{54}{9} = 6\)
中央値(メジアン) 小さい順に並べたときちょうど真ん中にくる値。9個なら5番目 \(\to 6\)
最頻値(モード) いちばん多く出てくる値。\(6\) が3回で最多 \(\to 6\)

今回はたまたま平均値・中央値・最頻値がすべて \(6\) で一致した。データが左右対称に近い形のときはこうなりやすい。では、この9人の中に「ものすごくできなかった1人」が混ざったらどうなるだろうか。

例題 上のデータの \(3\) を \(0\)(欠席で0点)に変えると、平均値・中央値・最頻値はどうなるか。

解答を見る
新しいデータ(小さい順):\(0,\ 4,\ 5,\ 6,\ 6,\ 6,\ 7,\ 8,\ 9\) 平均値:\(\dfrac{0+4+5+6+6+6+7+8+9}{9} = \dfrac{51}{9} = 5.67\)(約) → \(6\) から下がった 中央値:小さい順で5番目は \(6\) → 変わらない 最頻値:まだ \(6\) が3回で最多 → 変わらない 平均値だけ \(6 \to 5.67\) に下がり、中央値・最頻値は \(6\) のまま変わらない
ここが大事 平均値は極端に大きい・小さい値(外れ値)1つに引っぱられて動いてしまう。中央値と最頻値は「順番」や「個数」だけで決まるので、外れ値があっても動きにくい。「平均値だけを見て判断すると実態とズレることがある」と覚えておこう。

データの人数が多いときは、ヒストグラム(度数分布のグラフ)から最頻値を読み取ることも多い。その場合は「その階級のまん中の値(階級値)」を最頻値とする。

上のヒストグラムでいちばん度数が多い(山がいちばん高い)階級は「\(4\) 以上 \(6\) 未満」で度数 \(8\)。
この階級の階級値は \(\dfrac{4+6}{2}=5\) なので、最頻値は \(5\) とする。
STEP 2

四分位数の求め方

データを小さい順に並べて、ちょうど4等分する位置にくる値を四分位数という。小さい方から第1四分位数 \(Q_1\)、第2四分位数(=中央値)\(Q_2\)、第3四分位数 \(Q_3\) と呼ぶ。求め方はデータの個数が奇数か偶数かで少し手順が変わるので、順番に確認しよう。

手順(データ数が奇数のとき)

手順1 データを小さい順に並べ、中央値 \(Q_2\) を求める
手順2 中央値そのものは除いて、残りを「下組」(中央値より小さい方)と「上組」(中央値より大きい方)に分ける
手順3 下組の中央値が \(Q_1\)、上組の中央値が \(Q_3\)

例題 データ \(3,\ 4,\ 5,\ 6,\ 6,\ 6,\ 7,\ 8,\ 9\)(9個)の \(Q_1\)・\(Q_3\) を求めよ。

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9個は奇数なので、まず中央値(5番目)を求める:\(Q_2=6\) \(Q_2\) を除いて2組に分ける。 下組(1〜4番目):\(3,\ 4,\ 5,\ 6\) → 中央値は2番目と3番目の平均 \(\dfrac{4+5}{2}=4.5\) 上組(6〜9番目):\(6,\ 7,\ 8,\ 9\) → 中央値は \(\dfrac{7+8}{2}=7.5\) \(Q_1=4.5\)、\(Q_3=7.5\)(四分位範囲 \(Q_3-Q_1=3\))

手順(データ数が偶数のとき)

偶数個のときは、中央値そのものが実データの値になっていない(2個の平均になる)ので、除く必要がなくそのまま半分に分けるだけでよい。

例題 データ \(2,\ 3,\ 5,\ 6,\ 6,\ 7,\ 7,\ 8,\ 9,\ 10\)(10個)の \(Q_1\)・\(Q_2\)・\(Q_3\) を求めよ。

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10個は偶数なので、そのままちょうど半分(5個ずつ)に分ける。 中央値 \(Q_2\):5番目と6番目の平均 \(\dfrac{6+7}{2}=6.5\) 下組(1〜5番目):\(2,\ 3,\ 5,\ 6,\ 6\) → 中央値(3番目)は \(5\) 上組(6〜10番目):\(7,\ 7,\ 8,\ 9,\ 10\) → 中央値(3番目)は \(8\) \(Q_1=5\)、\(Q_2=6.5\)、\(Q_3=8\)(四分位範囲 \(Q_3-Q_1=3\))
まとめ 奇数個 → 中央値を除いてから半分に分ける/偶数個 → そのまま半分に分ける。どちらも「下組・上組それぞれの中央値」を求める点は同じ。
STEP 3

箱ひげ図の描き方・読み取り

最小値・\(Q_1\)・中央値・\(Q_3\)・最大値の5つの値(五数要約)を、数直線上に箱とひげで表した図が箱ひげ図。1つの図で「散らばり具合」がひと目でわかるのが利点。

描き方
箱(長方形):左端が \(Q_1\)、右端が \(Q_3\)(この箱の中に全体の約半分のデータが入っている)
箱の中の線:中央値 \(Q_2\) の位置
ひげ(線):箱の左端から最小値まで、箱の右端から最大値まで

STEP2の偶数個の例(最小値 \(2\)、\(Q_1=5\)、中央値 \(6.5\)、\(Q_3=8\)、最大値 \(10\))を箱ひげ図にすると、こうなる。

箱ひげ図の本当の強みは、複数のグループを並べて比較できること。A組・B組の小テスト結果を比べてみよう。

読み取り方
中央値を比べる:A組は \(5\)、B組は \(6\)。B組の方が中央値は高い。
箱の長さ(四分位範囲)を比べる:A組は \(7-3=4\)、B組は \(7-5=2\)。箱が短いほど、真ん中のデータが密集していて成績のばらつきが小さいということ。B組の方が全体的にそろっている。
ひげの長さ(範囲)を比べる:A組は \(9-1=8\)、B組は \(8-4=4\)。A組は最小値が低く最大値が高いので、上下に散らばりが大きい。
STEP 4

四分位範囲と外れ値

\(Q_3-Q_1\) を四分位範囲(IQR)という。データの真ん中50%がどれくらいの幅に収まっているかを表す数値で、平均値と違って外れ値の影響をほとんど受けない、頼りになる「散らばりの指標」。この四分位範囲を使うと「外れ値」を数値の基準で判定できる。

外れ値の基準(1.5×IQR基準)
上側の基準値:\(Q_3 + 1.5\times\text{IQR}\) これより大きい値は外れ値
下側の基準値:\(Q_1 - 1.5\times\text{IQR}\) これより小さい値は外れ値

例題 あるSNSの11件の投稿の「いいね」数(小さい順):\(12,\ 15,\ 18,\ 20,\ 21,\ 23,\ 25,\ 27,\ 29,\ 31,\ 60\)。外れ値と言える投稿はあるか判定せよ。

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11個は奇数なので、中央値(6番目)を除いて2組に分ける。 中央値:\(Q_2=23\) 下組(1〜5番目):\(12,15,18,20,21\) → 中央値(3番目)\(Q_1=18\) 上組(7〜11番目):\(25,27,29,31,60\) → 中央値(3番目)\(Q_3=29\) 四分位範囲:\(\text{IQR}=Q_3-Q_1=29-18=11\) 上側の基準値:\(Q_3+1.5\times11=29+16.5=45.5\) 下側の基準値:\(Q_1-1.5\times11=18-16.5=1.5\) データの中で \(60\) は上側の基準値 \(45.5\) より大きい。他の値はすべて \(1.5\) 以上 \(45.5\) 以下におさまっている。 「いいね」\(60\) の投稿だけが外れ値と判定される(バズった投稿と考えられる)
注意 外れ値は「異常な間違ったデータ」とは限らない。今回のように「たまたま人気が出た」など、正当な理由で生じることも多い。外れ値を見つけたら、まず「なぜその値になったのか」を考える姿勢が大切。
練習問題(全18問)

答えを入力して「採点」を押すと○×が出るぞ。小数は「4.5」のように入力しよう。
わからないときは「解説を見る」で解き方を確認しよう。

基本(1〜7)
1
中央値(データ数が奇数)

9人のハンドボール投げの記録(m):\(18,\ 22,\ 15,\ 25,\ 20,\ 17,\ 23,\ 19,\ 21\)。中央値を求めよ。

中央値
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小さい順に並べる:\(15,17,18,19,20,21,22,23,25\) 9個なので5番目が中央値。 中央値 \(20\)
2
中央値(データ数が偶数)

10人の上体起こしの回数:\(22,\ 25,\ 19,\ 30,\ 28,\ 24,\ 26,\ 20,\ 27,\ 23\)。中央値を求めよ。

中央値
解説を見る
小さい順に並べる:\(19,20,22,23,24,25,26,27,28,30\) 10個なので5番目と6番目の平均が中央値:\(\dfrac{24+25}{2}=24.5\) 中央値 \(24.5\)
3
四分位数(データ数が奇数)

次の9個のデータについて、\(Q_1\)・\(Q_3\)・四分位範囲を求めよ:\(2,4,6,8,10,12,14,16,18\)

\(Q_1=\)  \(Q_3=\)  四分位範囲
解説を見る
中央値(5番目)は \(10\)。これを除いて2組に分ける。 下組:\(2,4,6,8\) → \(Q_1=\dfrac{4+6}{2}=5\) 上組:\(12,14,16,18\) → \(Q_3=\dfrac{14+16}{2}=15\) 四分位範囲は \(15-5=10\) \(Q_1=5\)、\(Q_3=15\)、四分位範囲 \(10\)
4
四分位数(データ数が偶数)

次の10個のデータについて、\(Q_1\)・\(Q_3\)・四分位範囲を求めよ:\(1,3,5,7,9,11,13,15,17,19\)

\(Q_1=\)  \(Q_3=\)  四分位範囲
解説を見る
10個は偶数なので、そのまま半分(5個ずつ)に分ける。 下組:\(1,3,5,7,9\) → 中央値(3番目)\(Q_1=5\) 上組:\(11,13,15,17,19\) → 中央値(3番目)\(Q_3=15\) 四分位範囲は \(15-5=10\) \(Q_1=5\)、\(Q_3=15\)、四分位範囲 \(10\)
5
平均値と中央値の違い

次の9個のデータについて、平均値と中央値を求めよ:\(5,6,6,7,7,7,8,9,44\)

平均値  中央値
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すでに小さい順。 平均値:\(\dfrac{5+6+6+7+7+7+8+9+44}{9}=\dfrac{99}{9}=11\) 中央値(5番目):\(7\) 平均値 \(11\)、中央値 \(7\)。最後の \(44\) という外れ値に平均値だけ引っぱられている。
6
ヒストグラムの読み取り(最頻値)

50人の小テストの得点の分布を表したヒストグラムである。最頻値が含まれる階級の階級値を求めよ。

階級値
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度数がいちばん多い階級は「\(20\) 以上 \(30\) 未満」で度数 \(9\)。 この階級の階級値は \(\dfrac{20+30}{2}=25\) 階級値 \(25\)
7
箱ひげ図の読み取り

1組の小テスト結果を表した箱ひげ図である。最大値と第1四分位数を読み取れ。

最大値  第1四分位数
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箱ひげ図から、右端のひげの先端が最大値、箱の左端が第1四分位数。 最大値 \(85\)、第1四分位数 \(45\)
標準(8〜14) ※まず小さい順に並べ替えてから考えよう
8

次の9個のデータについて、\(Q_1\)・中央値・\(Q_3\)・四分位範囲を求めよ:\(7,3,7,9,5,7,2,9,5\)

\(Q_1=\)  中央値  \(Q_3=\)  四分位範囲
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小さい順に並べる:\(2,3,5,5,7,7,7,9,9\) 中央値(5番目):\(7\) 下組(1〜4番目):\(2,3,5,5\) → \(Q_1=\dfrac{3+5}{2}=4\) 上組(6〜9番目):\(7,7,9,9\) → \(Q_3=\dfrac{7+9}{2}=8\) 四分位範囲は \(8-4=4\) \(Q_1=4\)、中央値 \(7\)、\(Q_3=8\)、四分位範囲 \(4\)
9

次の10個のデータについて、\(Q_1\)・中央値・\(Q_3\)・四分位範囲を求めよ:\(4,8,6,8,10,4,6,10,8,6\)

\(Q_1=\)  中央値  \(Q_3=\)  四分位範囲
解説を見る
小さい順に並べる:\(4,4,6,6,6,8,8,8,10,10\) 10個は偶数なので、そのまま半分(5個ずつ)に分ける。 中央値:5番目と6番目の平均 \(\dfrac{6+8}{2}=7\) 下組:\(4,4,6,6,6\) → \(Q_1=6\) 上組:\(8,8,8,10,10\) → \(Q_3=8\) 四分位範囲は \(8-6=2\) \(Q_1=6\)、中央値 \(7\)、\(Q_3=8\)、四分位範囲 \(2\)
10

あるクラス20人の通学時間の分布を表したヒストグラムである。最頻値が含まれる階級の階級値を求めよ。

階級値
解説を見る
度数がいちばん多い階級は「\(25\) 以上 \(30\) 未満」で度数 \(10\)。 この階級の階級値は \(\dfrac{25+30}{2}=27.5\) 階級値 \(27.5\)
11
箱ひげ図の比較

A組・B組の小テスト結果を表した箱ひげ図である。それぞれの四分位範囲を求めよ。

A組の四分位範囲  B組の四分位範囲
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A組:\(Q_3-Q_1=75-55=20\) B組:\(Q_3-Q_1=70-60=10\) A組の四分位範囲 \(20\)、B組の四分位範囲 \(10\)(B組の方が箱が短く、成績がそろっている)
12
平均値と中央値の差

あるカフェの9日間の来客数(人):\(10,11,11,12,12,12,13,14,49\)。平均値と中央値の差を求めよ。

平均値  中央値  差
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すでに小さい順。 平均値:\(\dfrac{10+11+11+12+12+12+13+14+49}{9}=\dfrac{144}{9}=16\) 中央値(5番目):\(12\) 差:\(16-12=4\) 平均値 \(16\)、中央値 \(12\)、差 \(4\)(イベントのあった1日の来客数49人が平均を押し上げている)
13
負の数をふくむデータ

ある年の1月、9日間の最低気温(℃):\(-3,5,-1,2,0,-4,3,1,-2\)。\(Q_1\)・\(Q_3\)・四分位範囲を求めよ。

\(Q_1=\)  \(Q_3=\)  四分位範囲
解説を見る
小さい順に並べる:\(-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,5\) 中央値(5番目):\(0\) 下組(1〜4番目):\(-4,-3,-2,-1\) → \(Q_1=\dfrac{-3+(-2)}{2}=-2.5\) 上組(6〜9番目):\(1,2,3,5\) → \(Q_3=\dfrac{2+3}{2}=2.5\) 四分位範囲は \(2.5-(-2.5)=5\) \(Q_1=-2.5\)、\(Q_3=2.5\)、四分位範囲 \(5\)
14
範囲と四分位範囲の違い

C組の小テスト結果を表した箱ひげ図である。範囲(最大値−最小値)と四分位範囲をそれぞれ求めよ。

範囲  四分位範囲
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範囲:\(90-20=70\) 四分位範囲:\(70-30=40\) 範囲 \(70\)、四分位範囲 \(40\)。範囲は最大値・最小値だけで決まるので外れ値の影響を受けやすいが、四分位範囲は真ん中50%だけを見るので影響を受けにくい。
挑戦(15〜18)
15
データ数が多い場合(11個)

次の11個のデータについて、\(Q_1\)・\(Q_3\)・四分位範囲を求めよ:\(3,6,9,10,12,14,16,18,20,23,26\)

\(Q_1=\)  \(Q_3=\)  四分位範囲
解説を見る
すでに小さい順。11個は奇数なので、中央値(6番目)\(14\) を除いて2組に分ける。 下組(1〜5番目):\(3,6,9,10,12\) → 中央値(3番目)\(Q_1=9\) 上組(7〜11番目):\(16,18,20,23,26\) → 中央値(3番目)\(Q_3=20\) 四分位範囲は \(20-9=11\) \(Q_1=9\)、\(Q_3=20\)、四分位範囲 \(11\)
16
外れ値の基準値を求める

あるデータの第1四分位数が \(20\)、第3四分位数が \(35\) であるとき、外れ値の判定に使う上側・下側の基準値をそれぞれ求めよ。

下側の基準値  上側の基準値
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四分位範囲:\(\text{IQR}=35-20=15\) 下側の基準値:\(Q_1-1.5\times\text{IQR}=20-1.5\times15=20-22.5=-2.5\) 上側の基準値:\(Q_3+1.5\times\text{IQR}=35+1.5\times15=35+22.5=57.5\) 下側の基準値 \(-2.5\)、上側の基準値 \(57.5\)
17
ヒストグラムから平均値を求める

20人の得点分布を表したヒストグラムである。各階級のデータはすべて階級値にあるものとみなして、平均値を求めよ。

平均値
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各階級の階級値は \(5,15,25,35,45\)。度数は \(2,3,10,4,1\)(合計20人)。 「階級値×度数」の合計:\(5\times2+15\times3+25\times10+35\times4+45\times1\) \(=10+45+250+140+45=490\) 平均値:\(\dfrac{490}{20}=24.5\) 平均値(近似値) \(24.5\)
18
箱ひげ図の総合読み取り

D組の小テスト結果を表した箱ひげ図である。範囲と四分位範囲をそれぞれ求めよ。

範囲  四分位範囲
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範囲:\(60-10=50\) 四分位範囲:\(45-20=25\) 範囲 \(50\)、四分位範囲 \(25\)。中央値 \(30\) は \(Q_1=20\) と \(Q_3=45\) のちょうど真ん中ではなく \(Q_1\) 側に寄っている(データが右に偏っている形)。
応用問題(プリント限定)

ここから先はPDF限定の腕試し。ヒストグラムと箱ひげ図の対応や、外れ値の判定に挑戦しよう。

応1
ヒストグラムと箱ひげ図の対応判定

20人のデータの分布を表したヒストグラムと、2つの箱ひげ図の候補P・Qがある。このヒストグラムに対応するのはP・Qのどちらか。

対応する箱ひげ図
解説を見る
ヒストグラムでは、\(0\) 以上 \(20\) 未満の階級だけで \(9+6=15\) 人、全体20人のうち\(75\)%を占めている。つまり大多数のデータは低い値に集中していて、高い値のデータはごく少数(残り\(5\)人)しかない。 このような「低い方に集中し、高い方に少しだけ裾を引く」形のデータでは、\(Q_1\)・中央値も低い値の集団の中におさまり、箱は小さく低い位置にできる。一方で少数の高いデータのせいで、\(Q_3\) から最大値までのひげだけが長く伸びる。 Pは \(Q_1=6\)、中央値 \(10\) と低い位置に固まっていて、\(Q_3=18\) から最大値 \(38\) までのひげが長い → ヒストグラムの形と一致する。 Qは箱が \(Q_1=10\) から \(Q_3=30\) まで大きく広がっていて、データが均等に散らばっている印象になる → 低い階級に集中しているヒストグラムとは合わない。 対応する箱ひげ図はP
応2
外れ値の判定計算

次の9個のデータ(小さい順):\(8,10,11,13,14,15,17,19,42\)。上側の基準値を求め、\(42\) が外れ値と言えるか判定せよ。

\(Q_1=\)  \(Q_3=\)  上側の基準値
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すでに小さい順。9個は奇数なので、中央値(5番目)\(14\) を除いて2組に分ける。 下組(1〜4番目):\(8,10,11,13\) → \(Q_1=\dfrac{10+11}{2}=10.5\) 上組(6〜9番目):\(15,17,19,42\) → \(Q_3=\dfrac{17+19}{2}=18\) 四分位範囲:\(\text{IQR}=18-10.5=7.5\) 上側の基準値:\(Q_3+1.5\times\text{IQR}=18+1.5\times7.5=18+11.25=29.25\) \(42\) は上側の基準値 \(29.25\) より大きい。 上側の基準値は \(29.25\) で、\(42\) はこれを超えているので外れ値と判定される
応3
中央値が変わらないデータの追加

次の9個のデータ(小さい順、中央値は \(9\)):\(3,5,6,7,9,10,12,14,16\)。ここに新しいデータを1個追加してデータ数を10個にしたい。中央値が \(9\) のまま変わらないようにするには、どんな値を追加すればよいか。

追加する値
解説を見る
10個(偶数)になると、中央値は5番目と6番目の平均になる。中央値を \(9\) のまま保つには、5番目と6番目がどちらも \(9\) になればよい。 追加する値を \(9\) にすると、並べ替えた列は \(3,5,6,7,9,9,10,12,14,16\) となり、5番目・6番目がどちらも \(9\)。中央値は \(\dfrac{9+9}{2}=9\) のまま変わらない。 (試しに \(9\) より大きい値、例えば \(20\) を追加すると \(3,5,6,7,9,10,12,14,16,20\) となり、中央値は \(\dfrac{9+10}{2}=9.5\) に変わってしまう。) 追加する値は \(9\)(元の中央値と同じ値を加えると中央値は変わらない)
応4
外れ値の個数を数える

次の13個のデータ(小さい順):\(5,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,50\)。1.5×IQR基準で外れ値と判定される値は何個あるか、またその値はいくつか答えよ。

外れ値の個数  その値
解説を見る
すでに小さい順。13個は奇数なので、中央値(7番目)\(13\) を除いて2組に分ける。 下組(1〜6番目):\(5,8,9,10,11,12\) → 6個(偶数)なので3番目と4番目の平均 \(Q_1=\dfrac{9+10}{2}=9.5\) 上組(8〜13番目):\(14,15,16,17,18,50\) → 3番目と4番目の平均 \(Q_3=\dfrac{16+17}{2}=16.5\) 四分位範囲:\(\text{IQR}=16.5-9.5=7\) 下側の基準値:\(9.5-1.5\times7=9.5-10.5=-1\) 上側の基準値:\(16.5+1.5\times7=16.5+10.5=27\) データを1つずつ基準値 \([-1,\ 27]\) と比べると、\(50\) だけがこの範囲の外(上側の基準値27より大きい)。他はすべて範囲内。 外れ値は1個で、その値は \(50\)
応5
実際の平均値とヒストグラムからの近似平均値の比較

10個の生データ:\(3,7,8,12,13,14,18,22,23,30\) がある。このデータを階級幅10でヒストグラムに整理すると、階級 \(0\)〜\(10\) が3人、\(10\)〜\(20\) が4人、\(20\)〜\(30\) が2人、\(30\)〜\(40\) が1人となる。実際のデータから求めた平均値と、ヒストグラムの階級値から求めた近似平均値をそれぞれ求め、その差(近似−実際)も答えよ。

実際の平均値  近似平均値  差
解説を見る
実際の平均値:\(\dfrac{3+7+8+12+13+14+18+22+23+30}{10}=\dfrac{150}{10}=15\) ヒストグラムの階級値は \(5,15,25,35\)、度数は \(3,4,2,1\)(合計10人)。 「階級値×度数」の合計:\(5\times3+15\times4+25\times2+35\times1=15+60+50+35=160\) 近似平均値:\(\dfrac{160}{10}=16\) 差(近似−実際):\(16-15=1\) 実際の平均値 \(15\)、近似平均値 \(16\)、差 \(1\)。階級値を使う近似は、実際の値と少しズレることがある。