Streuungsmaße der Statistik verstehen und anwenden

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Streuungsmaße-Definition

Streuungsmaße  werden in der Statistik im Rahmen der Datenanalyse bestimmt. Genauer betrachtet gehören Streuungsmaße zur deskriptiven Statistik.
Der folgende Beitrag stellt dir die wichtigsten Streuungsmaße und deren  Eigenschaften vor. Du lernst, wie du die Varianz, die Standardabweichung und die Spannweite bestimmst. Zudem erfährst du was der Unterschied zwischen  Lageparametern und Streuungsmaßen ist.

Streuungsmaße „einfach erklärt“

Streuungsmaße geben die Streuung von Daten, also die Verteilung der Messwerte, an. Die wichtigsten Streuungsmaße sind Varianz, Spannweite und Standardabweichung. Diese werden über Formeln berechnet.

Definition: Streuungsmaße

Der Ausdruck  Streuungsmaße  umfasst Maßzahlen der deskriptiven Statistik, welche die Streubreite oder die Häufigkeitsverteilung um Lageparameter beschreiben. Alternative Ausdrücke sind Dispersionsmaße und Streuungsparameter. Zu den bekanntesten Streuungsmaßen gehören die Varianz, die Standardabweichung und die Spannweite.

Um das arithmetische Mittel liegende Streuungsmaße sind die Varianz, die Standardabweichung und die Summe der Abweichungsquadrate. Der Interquartilsabstand, der Median der absoluten Abweichungen und der Quantilsabstand liegen um den Median.

Die Funktion der Streuungsmaße ist die Analyse der Variabilität der Daten. Dispersionsmaße geben an, wie stark die Messwerte von Lageparametern oder voneinander abweichen. Sie zeigen die Streuung der Daten auf.

Streuungsmaße am Beispiel erklärt

Um die Streuungsmaße besser zu verstehen, werden diese anhand eines Beispiels näher erläutert.

Beispiel für Streuungsmaße:

In einem Basketballteam sind fünf Spieler auf dem Platz.

Die folgende Datenreihe beschreibt die Körpergröße der Spieler:

  1. Spieler: 1,90 Meter
  2. Spieler: 1,80 Meter
  3. Spieler: 2,00 Meter
  4. Spieler: 1,75 Meter
  5. Spieler: 1,70 Meter

1,90 m; 1,80 m; 2,00 m; 1,75 m; 1,70 m

Aus den dargestellten Daten sollen die bekanntesten Streuungsmaße   bestimmt werden.
Die bekanntesten Streuungsmaße:

Streuungsmaße-Die 3 Wichtigsten

1. Die Varianz als Streuungsmaß

Die Varianz ist definiert als das Quadrat der mittleren Abweichung vom Mittelwert einer Datenreihe. Die Wurzel aus der Varianz ist die Standardabweichung.
Die Berechnung der Varianz erfolgt über die Formel:

V = [(x1 – xm)² + (x2 – xm)² … (xn – xm)²] / n

mit:

  • V als Varianz
  • x1, x2, … xn als die n Messwerte
  • n als Anzahl der Messwerte
  • xm als Mittelwert der Datenreihe1

Anleitung für die Berechnung der Varianz:

  1. Du bestimmst den Mittelwert aus den Daten
  2. Subtrahierst den Mittelwert von den einzelnen Messwerten
  3. Die erhaltenen Differenzen werden jeweils quadriert.
  4. Du addierst alle Quadrate auf und subtrahierst das Ergebnis durch die Anzahl an Messwerten

Beispiel für die Berechnung der Varianz:

Messwerte:1,90 m; 2,80 m; 2,00 m; 1,75 m; 1,70 m

Schritt 1: Mittelwert berechnen
xm = [x1 + x2 + x3 + x4 + x5] / 5
xm = [1,9 m + 1,8 m + 2 m + 1,75 m + 1,7 m] / 5 = 1,83

Schritt 2: Quadratische Abweichung der Messwerte vom Mittelwert bestimmen

(1,9 – 1,83)² = 0,0049
(1,8 – 1,83)² = 0,0009
(2 – 1,83)² = 0,0289
(1,75 – 1,83)² = 0,0064
(1,7 – 1,83)² = 0,0169

Schritt 3: Die Quadrate aufsummieren und durch die Anzahl an Messwerten teilen

[0,0049 + 0,0009 + 0,0289 + 0,0064 + 0,0169] / 5 = 0,0116

Die Varianz beträgt 0,0116.

Dieser Wert ist wie folgt zu interpretieren:
Die mittlere quadratische Abweichung vom Mittelwert beträgt 0,0116.

Berechnung der Varianz mit Excel und SPSS

Je größer die Messreihen sind, desto aufwendiger ist die manuelle Berechnung der Varianz.

In Excel gibt es zwei Möglichkeiten, die Varianz zu bestimmen.

  1. In die Formelzeile nahezu jede gewünschte Formel eintragen, um Werte zu berechnen
  2. Excel bietet eine vorgegebene Funktion, die du nutzen kannst:
    =VARIANZ(“ „)
    In die Klammer trägst du die Bezeichnung der ersten und letzten Zeile ein, in der die Messwerte stehen, also beispielsweise A3:E32

SPSS stellt dir ebenfalls eine Funktion zur Berechnung der Streuungsmaße wie der Varianz zur Verfügung. Folge hierzu dem Pfad:

Analysieren > Deskriptive Statistik > Häufigkeiten

In der sich öffnenden Box wählst du die gewünschten Statistiken, die zu berechnen lassen möchtest, aus. Klicke hierzu „Varianz“ an und starte die Berechnung durch Bestätigung.3

2. Standardabweichung als Streuungsmaß

Die Standardabweichung ist definiert als die durchschnittliche Abweichung vom Mittelwert. Es handelt sich um ein Maß, welches die Streuung abbildet.
Die Berechnung erfolgt entweder direkt mit der Formel:

1: s = sqr[ [(x1 – xm)² + (x2 – xm)² … (xn – xm)²] / n] 

mit

  • s als Standardabweichung
  • x1, x2, … xn als die n Messwerte
  • n als Anzahl der Messwerte
  • xm als Mittelwert der Datenreihe

oder durch Ziehen der Wurzel aus der Varianz:

2: s = sqr (Varianz)4

Die Formel 1 basiert auf der Formel zur Berechnung der Varianz. Der einzige Unterschied ist das Ziehen der zweiten Wurzel am Ende der Rechnung.

Beispiel für die Standardabweichung:

Dementsprechend ergibt sich für die Standardabweichung der Körpergrößen der Basketballspieler:

sqr [[0,0049 + 0,0009 + 0,0289 + 0,0064 + 0,0169] / 5] = sqr (0,0116) = 0,1078

Die Standardabweichung gibt an, wie die Messwerte um den Mittelwert verteilt sind.

Die Berechnung der Standardabweichung mit Excel und SPSS

Einfacher als auf die manuelle Weise lässt sich die Standardabweichung in SPSS bestimmen.

In Excel berechnest du die Standardabweichung durch Eintragen von:

= STABW (“ „) in die Formelzeile

In die Klammer gibst du die zu berücksichtigenden Zellen an, beispielsweise E2:E5.2

Folge in der Menüleiste dem Pfad:

Analysieren > Deskriptive Statistik > Häufigkeiten und wähle den Punkt „Standardabweichung“ aus.

3. Die Spannweite als Streuungsmaß

Die Spannweite ist als die Differenz zwischen dem größten auftretenden Wert und dem kleinsten auftretenden Wert definiert. Ein anderer Ausdruck für die Spannweite ist Range. Wende zur Berechnung folgende Formel an:

R = xmax – xmin

mit

  • R gleich Range
  • xmax gleich dem maximalen Messwert
  • xmin gleich dem minimalen Messwert

Beispiel für die Berechnung der Spannweite:

Im Beispiel der Körpergrößen der Basketballspieler liegt eine Spannweite von 30 Zentimetern vor:
R = 2,00 m – 1,70 m = 0,30 m

Die Spannweite ist nicht robust gegen Ausreißer. Es werden nur zwei Werte berücksichtigt. Treten Ausreißer auf, dann bestimmen die extremsten Werte die Spannweite.

In Excel ist keine spezielle Funktion für die Spannweite vorhanden.

Die Berechnung der Streuungsmaße ist in SPSS möglich. Du trägst in die Formelzeile folgende Formel ein:

= MAX (“ „) – MIN (“ „)

MAX und MIN bestimmen den größten beziehungsweise den kleinsten Messwert.

Was ist der Unterschied zwischen den Streuungsmaßen und Lageparametern?

Streuungsmaße  liefern Informationen über die Streuung – also die Verteilung der Messwerte. Lageparameter geben die zentrale Lage der Daten an. Zu ihnen gehören der Mittelwert und der Median. Viele  Streuungsmaße liegen um Lageparameter herum, beispielsweise die Varianz und die Standardabweichung. Die Spannweite liegt um keinen Lageparameter herum. Sie gibt die Breite der Streuung an.

Häufig gestellte Fragen

Streuungsmaße  geben die Streuung von Daten an. Varianz, Spannweite und Standardabweichung sind Streuungsmaße.

Streuungsmaße  haben Formeln, über die sie berechnet werden. Am einfachsten ist die Nutzung von SPSS zur Berechnung der Streuungsmaße.

Die Varianz und die Standardabweichung als Streuungsmaße liegen um einen Lageparameter herum. Die Spannweite liegt um keinen Lageparameter.

Ja, Streuungsmaße werden im Rahmen der deskriptiven Statistik bestimmt.

Standardabweichung, Varianz und Spannweite sind die wichtigsten  Streuungsmaße bei der Datenanalyse.

Quellen

1 Welt der BWL: Varianz, in: Welt der BWL, o.D., [online] https://welt-der-bwl.de/Varianz (zuletzt abgerufen am 09.01.2023)

2 Moßmann, Richard: Excel: Varianz und Standardabweichung berechnen, in: Chip, 03.03.2014, [online] https://praxistipps.chip.de/excel-varianz-und-standardabweichung-berechnen_28032 (zuletzt abgerufen am 09.01.2023)

3 IBM: Häufigkeiten: Statistik, in: IBM, 13.09.2022, [online] https://www.ibm.com/docs/de/spss-statistics/saas?topic=frequencies-statistics (zuletzt abgerufen am 09.01.2023)

4 Welt der BWL: Standardabweichung, in: Welt der BWL, o.D., [online] https://welt-der-bwl.de/Standardabweichung (zuletzt abgerufen am 09.01.2023)