Prévia do material em texto
7 Módulo I – Unidade 1: Definição Estatística Para muitos a estatística não passa de um conjunto de tabelas e gráficos ou, simplesmente, um aglomerado de números. Na verdade, o campo científico que corresponde à estatística é uma excelente ferramenta na interpretação de dados coletados para qualquer ciência incluindo a ciência química. A estatística historicamente tem nos ajudado na compreensão de diversas informações. A palavra estatística vem de „status‟ (estado em latim). Sob essa palavra acumulam-se descrições e dados relativos ao estado. A estatística, nas mãos dos estadistas, constitui-se, no passado, uma verdadeira ferramenta administrativa através da coleta e construção de tabelas de dados para o governo. A situação evoluiu e esta coleta de dados de dados representa somente um dos aspectos da estatística como será descrito no decorrer do texto. A estatística é um conjunto de técnicas que permite, de forma sistemática, organizar, descrever, analisar e interpretar dados oriundos de estudos ou experimentos, realizados em qualquer área do conhecimento. Dentre as diversas áreas da estatística nosso estudo se limitará a que é chamada estatística descritiva: É utilizada para descrever e resumir os dados. A disponibilidade de uma grande quantidade de dados e de métodos computacionais muito eficientes revigorou está área da estatística. As informações em análise podem ser resumidas qualitativa ou quantitativamente (medidas de posição e de dispersão). As medidas de posição podem ser subdivididas em: moda, média, mediana, percentis, quartis. E as medidas de dispersão em: desvio – padrão, variância e coeficiente de variação. Medias estas que serão abordadas mais profundamente nas unidades seguintes, assim como sistemas de regressão linear simples e análise hierárquica de agrupamentos (cluster). 8 Módulo I - Unidade 2: População e Amostragem POPULAÇÃO População ou universo é qualquer conjunto de informações que tenham, entre si, uma característica comum. As pessoas de uma comunidade pode ser estudadas sob diversos ângulos. Por exemplo, podem ser classificadas quanto ao sexo (masculino e feminino), quanto à estatura (baixa, média, alta), quanto à renda (pobres, ricas), etc. Sexo, estatura, renda são variáveis, isto é, são propriedades às quais podemos associar conceitos ou números e assim expressar, de certa maneira, informações sob a forma de medidas. Por exemplo, observe a seguinte tabela 1: Tabela 1: Nomes associados aos sexos. Nome Sexo Paulo Masculino Silvana Feminino Jhon Masculino Heloísa Feminino Na tabela, os nomes estão associados ao sexo (masculino, feminino). Esta é uma forma de medida, a chamada medida qualitativa. Pode-se ainda associar a masculino o número 1 e a feminino o número 2, e a tabela 1 transforma-se em: 9 Tabela 2: Nomes relacionados ao sexo masculino (1) e feminino (2). Nome Sexo Paulo 1 Silvana 2 Jhon 1 Heloísa 2 Se o conjunto de todas as estaturas das pessoas da comunidade citada constitui uma população de estaturas, o conjunto de todas as cores de olhos constitui uma população de cores de olhos, e assim sucessivamente. Desta forma, o termo população não está associado pessoa, gente e sim a variável estudada (estatura, cor dos olhos, etc). Entretanto, população muito grande como, por exemplo, a população eleitoral brasileira (cerca de 128 milhões de eleitores aptos a votar, estimativa do TSE – Tribunal Superior Eleitoral). Como fazer uma pesquisa de opinião sobre a popularidade de determinado político brasileiro sem ter que entrevistar cada uma das pessoas e garantir um resultado confiável? Neste Caso, recorre- se a uma amostra que, basicamente, constitui uma redução da população a dimensões menores, sem ter perda das características essências. Por exemplo, tem-se da vila São José com população de 400 pessoas. Se for realizado um estudo das idades dos habitantes desta vila, o trabalho pode ser simplificado colhendo uma amostra de 40 pessoas e estudar o comportamento da variável idade apenas nesta amostra. No entanto, para se ter uma boa amostra, esta deve ser representativa, ou seja, deve conter em proporção tudo o que a população possui qualitativa e quantitativamente. E tem que ser imparcial, isto é, todos os elementos devem ter igual oportunidade de fazer parte da amostra. 10 Voltando ao exemplo da vila. Observe as tabelas 3 e 4: Tabela 3: Quantidade de Pessoas da vila São José em relação à idade em anos. Idade (anos) Qtd. de pessoas 2 30 10 40 18 40 26 40 32 50 40 60 52 70 65 70 Total 400 Tabela 4: Quantidade de Pessoas da vila São José em percentagem em relação à idade em anos. Idade (anos) Qtd. de pessoas % 2 30 7,5 10 40 10,0 18 40 10,0 26 40 10,0 32 50 12,5 40 60 15,0 52 70 17,5 65 70 17,5 Total 400 100 11 A tabela 4 especifica que 50 pessoas da vila com idade de 32 anos correspondem a 7,5% do total dos habitantes desta vila. Então, para haver representatividade, é preciso garantir que, na amostra de 40 pessoas, também haverá 7,5% de pessoas idade igual a 32 anos, ou seja, 3 pessoas com idade igual a 32 anos. MÉTODOS DE AMOSTRAGEM Serão abordados 3 tipos de amostragem, mas é importante notar que estes métodos são válidos somente se a amostra for puramente aleatória. Um bom exemplo de uma amostra não aleatória é a pesquisa para a eleição presidencial estampada no Literary Digest de 1936. O Litery ouviu a opinião de 2 milhões de pessoas, o que é uma cifra muito maior do que seria necessário para proporcionar um resultado preciso, se a amostra tivesse sido selecionada aleatoriamente. A pesquisa predice uma fácil vitória para Alfred Landon, quando, na realidade, Franklin D. Roosevelt venceu por uma ampla margem. O problema é que a amostra do Digest não foi aleatória. A revista enviou fichas a pessoas cujos nomes foram tirados de listas telefônicas e outras fontes, mas as pessoas que tinha telefone naquela época não representavam adequadamente a população como um todo. Se uma amostra não é extraída aleatoriamente, não há maneira de prever o quanto se afastará da realidade. AMOSTRAGEM POR CONGLOMERADO De acordo com este método, a população é dividida em diferentes conglomerados, extraindo-se uma amostra apenas dos conglomerados selecionados, e não de toda a população. O ideal seria que cada conglomerado representasse tanto quanto fosse possível o total da população. Na prática, selecionam-se os conglomerados geograficamente. Escolhem-se aleatoriamente algumas regiões, em seguida algumas sub- regiões e, finalmente, alguns lares. Esse processo assegura que as pessoas 12 da amostra vivam em conglomerados, possibilitando ao pesquisador entrevistar apenas poucas pessoas. AMOSTRAGEM ESTRATIFICADA Outro método de amostragem é a amostragem estratificada. Se a população pode ser dividida em sub-grupos que consistem, todos eles, em indivíduos bastante semelhantes entre si, pode- se obter uma amostra representativa entrevistando-se uma amostra aleatória de pessoas de cada grupo. Esse processo pode gerar amostras bastante precisas, mas só é viável quando a população pode dividida em grupos homogêneos. AMOSTRAGEM DE CONVENIÊNCIA Há muitos outros tipos de métodos de amostragem. Não raro aplica-se incorretamente a análise estatística a essas amostras, como se tratasse de amostra puramente aleatórias. Poderíamoschamar tais métodos de métodos de amostragem de conveniência. Por exemplo, certas universidades costumam fazer experimentos psicológicos em amostras dos calouros dos cursos de psicologia. Como não há razão para esperar que tais calouros sejam representativos de toda a população de calouros (para só falar da população como um todo), não é adequado fazer inferência sobre a população com base em tais experimentos. Outro exemplo: Se colocarmos uma mesa na entrada de um shopping center e pedirmos a cada passante que se detenha um momento e preencha um formulário de pesquisa, é pouco provável que consigamos uma amostra realmente aleatória da população. Analogamente, as revistas costumam publicar estatísticas chocantes; mas, como os assinantes não constituem uma amostra aleatória da população, é impossível fazer inferências estatísticas válidas sobre a população como um todo, a partir dessas pesquisas. 13 Tendo uma amostra representativa da população inicial, os dados obtidos podem dar origem a diversas relações estatísticas, como por exemplo, Média aritmética, mediana, moda, variância, desvio padrão, etc. que serão abordados no decorrer do curso. 14 Módulo I – Unidade 3: Coleta e Análise de Dados A fase de coleta e análise dos dados é de grande importância na elaboração da pesquisa científica, portanto, é necessário manter alguns cuidados para que se possa garantir a fidedignidade dos resultados. COLETA DE DADOS O primeiro cuidado que se deve tomar ao se iniciar a fase de coleta de dados é quanto à preparação das pessoas responsáveis por ela. É importante a supervisão para que não se coletem dados errados, ou desnecessários para a pesquisa realizada. Do mesmo modo, todos os dados coletados devem estar sendo observados, pois, se necessário, deve-se fazer a reaplicação do instrumento. Já na pesquisa experimental, o essencial é controlar as variáveis estranhas que possam estar interferindo, para que o ambiente se torne o mais adequado possível, manipular certas condições e observar os efeitos produzidos. Contudo, para esse tipo de pesquisa, existe uma variedade de recursos mecânicos, elétricos, eletrônicos que auxiliam nessa etapa da pesquisa. A coleta de dados pode ser feita por meio de: observações, entrevistas e história de vida, pesquisa bibliográfica, questionários, observação empírica, entre outros. É importante ressaltar que, existem diversos procedimentos utilizados para este fim, no entanto, cabe ao pesquisador decidir qual o procedimento que mais de adequada ao tipo de pesquisa realizada. 15 ANÁLISE DOS DADOS Após a coleta de dado, faz-se necessário a análise dos mesmos. Entretanto, o planejamento anterior dessa análise deve teve ter sido feita antes mesmo da coleta dos dados. Este procedimento auxilia o pesquisador e evita que sejam feitos trabalhos desnecessários, além do que, possibilita o pesquisador prever os gastos necessários para a realização da pesquisa. Para a pesquisa experimental, a análise estatística é essencial e a prática mais adequada. No entanto, existem inúmeros testes de significância, sendo necessário que o pesquisador estude e então escolha o teste que mais se adequada à pesquisa em questão. É importante observar que, os testes estatísticos constituem apenas instrumentos que facilitam a interpretação dos resultados, sendo necessário uma fundamentação teórica que permita ao pesquisador traçar um paralelo entre os resultados obtidos empiricamente e as teorias já existentes. 16 Módulo I – Unidade 4: Distribuição de Frequência O que vem a ser uma distribuição de frequência? Uma distribuição de freqüência (absoluta ou relativa) é um método de agrupar dados por classes de ocorrência de modo a fornecer a quantidade de dados em cada classe. Em outras palavras, este tipo de análise estatística permite verificar a freqüência (o quanto se repete) de determinado dado em um determinado intervalo de estudo. Com isso podemos resumir e visualizar um conjunto de dados sem precisar levar em conta os valores individuais. Este tipo de distribuição pode ser representado em forma de tabelas e gráficos. Representar graficamente significa fazer um desenho que sintetize de maneira clara o comportamento de uma ou mais variáveis e para representar graficamente a distribuição de freqüência serão utilizados gráficos planos (duas dimensões: altura e largura). Diagrama de colunas; Diagrama de barras; Histograma; Polígono de freqüência O ponto de partida desses quatro gráficos é sempre o mesmo: dois segmentos que têm origem comum e formam entre si um ângulo reto, isto é, um ângulo de 90º formando um sistema de coordenadas cartesianas ortogonais. O segmento vertical chama-se eixo das coordenadas e o segmento horizontal, eixo das abscissas. 17 REPRESENTAÇÃO TABULAR Um outro tipo de representação que ajuda a compreender um determinado fenômeno é a representação tabular que compacta as informações utilizando intervalos de estudo que apresenta dados tabelados de forma bem mais resumida. Intervalos de classe: conjunto de observações contidas entre dois valores limites (limite inferior e limite superior). Por exemplo Dada a seqüência: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8. Temos: Intervalo aberto: 1 ─ 8 = 2, 3, 4, 5, 6, 7 (não contém nem o valor 1,limite inferior, e nem o valor 8, limite superior); Intervalo fechado: 1├ ┤8 = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (contém tanto o valor 1,limite inferior, como o valor 8, limite superior); Intervalo fechado à esquerda: 1├ 8 = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (não contém o valor 8, limite superior); Intervalo fechado à direita: 1┤8 = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (não contém o valor 1,limite inferior,). Os intervalos de classes devem ser mutuamente exclusivos (um indivíduo não pode ser classificado em dois intervalos ao mesmo tempo) e exaustivos (nenhum indivíduo pode ficar sem classificação). Amplitude do intervalo (representado simbolicamente pela letra h): É o tamanho do intervalo de classe. A amplitude do intervalo e o número de intervalos dependem basicamente do problema específico. E o ponto médio do intervalo: É calculado pela média entre os limites inferior e superior. Por exemplo 18 Preocupados com o acesso nos serviços de saúde e educação dos moradores da cidade de Castanhal, localizada no Estado Pará, seus governantes fizeram um levantamento da renda mensal dos habitantes da cidade que tem cerca de 150 mil habitantes, mas o estudo foi feito sobre uma amostra de 340 pessoas. Tal estudo revelou que mais de 35% dos habitantes (121 pessoas) da cidade de Castanhal vive com renda inferior a dois salários mínimos. Enquanto que uma minoria de 0,59% (2 pessoas) tem renda superior a 8 salários mínimos. O que evidencia a má distribuição de renda na cidade e, conseqüentemente, dificultada a o acesso a educação e a saúde de qualidade. Os dados obtidos foram: Tabela 1: Renda mensal da população da cidade de Castanhal. Renda mensal Quantidade de Pessoas (agrupados por classe) % De 0 a 1 salário mínimo 53 15,59 De 1 a 2 salários mínimos 121 35,59 De 2 a 3 salários mínimos 67 19,71 De 3 a 4 salários mínimos 15 4,42 De 4 a 5 salários mínimos 30 8,82 De 5 a 6 salários mínimos 19 5,59 De 6 a 7 salários mínimos 20 5,88 De 7 a 8 salários mínimos 13 3,82 De 8 a 9 salários mínimos 2 0,58 Total 340 100A tabela 1 pode ser representada com intervalos de classe sendo a renda (quantidade de salários mínimos) simbolizada por X e a quantidade de pessoas por ni. Então: 19 Tabela 2: Renda mensal da população da cidade de Castanhal em intervalos de classes. X (salários mínimos) ni 0 ├ 1 53 1 ├ 2 121 2 ├ 3 67 3 ├ 4 15 4 ├ 5 30 5 ├ 6 19 6 ├ 7 20 7 ├ 8 13 8 ├ 9 2 Total 340 FREQUÊNCIA ABSOLUTA ni é uma variável que também pode ser chamada freqüência absoluta (Fa) e o subscrito i representa a classe à qual n se refere. Na tabela 2, por exemplo, n1 = 53, n2 = 121,..., n9 = 2. Sendo que a soma de todos os ni‟s deve ser igual a amostra estudada, neste caso são 340 pessoas. ∑ ni = 340 = Fa Este exemplo tem uma amplitude (h) igual a 1, isto é, igual a um salário mínimo, entretanto, h pode assumir qualquer tamanho depende apenas do problema trabalhado. Veja o que ocorre com a tabela 2 se o intervalo for de tamanho 2. 20 Tabela 3: Renda mensal da população da cidade de Castanhal em intervalos de classes com h = 2. X (salários mínimos) ni 0 ├ 2 174 2 ├ 4 82 4 ├ 6 49 6 ├ 8 33 8 ├ 10 2 Total 340 Observe o último intervalo da tabela 3 (8 ├ 10), é fechado somente a esquerda, logo, significa que há moradores na cidade de Castanhal com renda maior ou igual a 8 salários mínimos, mas não igual a 10 salários mínimos. O mesmo vale para os demais intervalos. Observe ainda, que à medida que h se torna maior a tabela diminui, isto é, vai ficando com menor número de classes (categorias, intervalos). A freqüência absoluta pode ser também representada graficamente com diagrama de colunas, onde no eixo vertical é observada a freqüência absoluta por classe e no eixo horizontal, os intervalos de classe. Ou ainda em um diagrama de barras, onde no eixo y será representado o intervalo de classe, e no eixo x, a freqüência absoluta. Por exemplo Dada a seguinte tabela que representa as notas de uma amostra de 32 alunos em um teste de estatística com nota mínima igual a 0 (zero) e nota máxima igual a 10 (dez), represente-a em um diagrama de colunas e em um diagrama de barras. Tabela 4: Representação das notas (de 0 a 10) de 32 alunos em um teste de estatística. Notas Fa 0 2 21 1 3 2 5 3 8 4 8 5 3 6 2 7 1 Resposta Para construção do diagrama de colunas desenhe o eixo cartesiano (x, y). No eixo y represente a freqüência e no eixo x, as notas (ou classes de notas). As colunas devem ficar separadas umas das outras. E para a construção de um diagrama de barras faz-se o inverso: na vertical representam-se as notas e na horizontal a Fa. Observe os gráficos a e b: a) Gráfico de colunas Notas do teste de estatística b) Gráfico de barras Notas do teste de estatística 22 FREQUÊNCIA RELATIVA Outro tipo de freqüência é a freqüência relativa (fri): é o valor das razões entre as freqüências simples (fi) e a freqüência total (freqüência absoluta, Fa). fri = fi / Fa Por exemplo A freqüência relativa da terceira classe do exemplo anterior é: fri = 49/ 340 = 0,14 Evidentemente, a soma de todos fri ‘s deve ser igual a 1 ou 100 %. FREQUÊNCIA ACUMULADA Tem-se ainda a freqüência acumulada (Fi): é o total das freqüências de todos os valores inferiores ao limite superior do intervalo de uma dada classe: Fk = f1 + f2 + ... + fk ou Fk = ∑ fi (i = 1, 2, ..., k) Por exemplo Usando os dados da tabela 3, a freqüência acumulada das classes da tabela 5, abaixo, é: Tabela 5: Freqüência acumulada (Fk) da renda mensal da população da cidade de Castanhal. (Salários mínimos) ni = Fa Fk 0 ├ 2 174 174 2 ├ 4 82 174 + 82 = 256 4 ├ 6 49 256 + 49 = 305 6 ├ 8 33 305 + = 338 8 ├ 10 2 338 + 2 = 340 Total 340 23 FREQUÊNCIA ACUMULADA RELATIVA E por fim, tem-se a freqüência acumulada relativa (Fri): de uma classe é a freqüência acumulada da classe, dividida pela freqüência total da distribuição: Fri = Fi / Fa Por exemplo A freqüência acumulada relativa da quarta classe da tabela 4 é: Fri = 33/ 340 = 0,097 HISTOGRAMA Um outro exemplo representando a distribuição de freqüência num histograma. Em uma escola onde 500 alunos da classe A – 2000 participam da disciplina de Estatística Básica. Num teste de múltipla escolha contendo 100 questões que visava verificar a aprendizagem destes na referida disciplina, obteve-se a seguinte freqüência de notas (correspondente à quantidade de acertos). Tabela 6: Classe A-2000 com 500 alunos participantes da disciplina Estatística Básica. Intervalo de Classe Frequência 0 ├ 10 5 10 ├ 20 15 20 ├ 30 20 30 ├ 40 45 40 ├ 50 100 50 ├ 60 130 60 ├70 100 70 ├ 80 60 80 ├ 90 15 90 ├ 100 10 Total 500 24 Resposta Para construção do histograma, desenhe o eixo cartesiano (x, y), onde na abscissa serão representadas as classes, que neste caso tem uma amplitude h igual a 10, e na ordenada, a freqüência dos dados. A área de cada retângulo do gráfico representa a freqüência de cada nota. POLÍGONO DE FREQÜÊNCIAS Na construção de um polígono de freqüências primeiramente constrói-se um histograma; depois marcamos no „telhado„ de cada coluna o ponto central (ponto médio) e unimos sequencialmente estes pontos. Devem existir dois pontos na abscissa (eixo horizontal), um na lateral esquerda e outro na lateral direita, ligado aos pontos das barras das extremidades. Por exemplo Represente em um polígono de freqüência os dados da tabela abaixo referente ao tempo em minutos que uma amostra de 550 pessoas levou para realizar uma prova de estatística. 25 Tabela 7: Tempo em minutos gasto por 550 pessoas para realizar uma prova de Estatística. Classes (minutos) Fa 2 ├ 4 70 4 ├ 6 160 6 ├ 8 210 8 ├ 10 80 10 ├ 12 20 Total 550 Polígono de freqüência do teste de Estatística 26 Módulo 1 – Unidade 5: Medidas de Tendência Central Como o próprio nome sugere, medidas de tendência central são medidas, Isto é, estatísticas, cujos valores estão próximos do centro. MÉDIA ARITMÉTICA A média aritmética (Ma) de um conjunto de dados ou valores é igual à razão da soma de todos estes valores pela quantidade de valores, isto é, o número de parcelas. Ma = ∑xi/ n Onde n refere-se a quantidade de elementos presente na amostra, mas se o objeto de estudo é sobre uma população, o denominador passa a ser representado por N, tendo ,então a chamada média populacional (μ). μ = ∑xi/ N Por exemplo A tabela 1 revela a produção mundial de café no período de 1946-89. Onde o Brasil aparece como grande líder na produção do grão. Qual dentre os quatro anos estudos, em média, a produção de café mundial foi mais próspera em relação à quantidade de grãos produzidos? Dado: Indonésia, Costa do Marfim e Etiópia tiveram produções pouco significativas no ano de 1946. 27 Tabela 1: Podução mundial de café no período de 1946-1989. Países produtores Produção (1.000 t) 1946 1955 1968 1989 Brasil 917 1.370 1.398 1.510 Colômbia 365 335 474 664 Indonésia __ 63 150 390 México 57 88 180 312 Costa do Marfim __ 85 258 265 Guatemala 70 66 108 220 Etiópia __ 54 250 200 Uganda 26 63 170 188 El Salvador62 75 138 97 Fonte: Imagens Économiques du Monde, 1977 e 1990. Resposta a) Para o ano de 1946 Ma = 917 + 365 + 0 + 57 + 0 + 70 + 0 + 26 + 62/ 5 = 163,33. 1000 t = 163330 t b) Para o ano de 1955 Ma= 1370 + 335 + 63 + 88 + 85 + 66 + 54 + 63 + 75/ 9 = 244,33. 1000t = 244330 t c) Para o ano de 1968 Ma = 1398 + 474 + 150 + 180 + 258 + 108 + 250 + 170 + 138 / 9= 347,33. 1000 t = 347330 t d) Para o ano de 1989 Ma = 1510 + 664 + 390 + 312 + 265 + 220 + 200 + 188 + 97 / 9 = 427,33. 1000 t = 427330t. 28 Pelas médias das produções mundiais de café nos quatro anos estudos, 1989 foi o ano mais próspero. MÉDIA PONDERADA Ao calcularmos uma média, podemos cometer sério engano, se ignorarmos o fato de que as grandezas em jogo não têm todas a mesma importância em relação ao fenômeno que está sendo estudado. Consideremos, por exemplo, os seguintes dados sobre a percentagem de casas de residência ocupadas pelos proprietários respectivos, nas vizinhanças de três cidades da Califórnia. Tabela 2: Percentagem de casas de residência ocupadas por proprietários em três cidades do Estado do Pará . Porcentagem ocupada pelo proprietário Santarém 40,3 Salva-Terra 56,4 Castanhal 62,1 A média entre essa três percentagens é: Ma = 40,3 + 56,4 + 62,1 / 3 = 52,9 Mas não podemos afirmar que essa seja a ocupação média de casa pelos seus proprietários nas três cidades. As três cifras não têm todas o mesmo peso, porque há grandes diferenças entre os tamanhos das três cidades. Para dar a quantidades sujeitas ao processo de média o grão correto de importância, é preciso atribuir-lhe pesos (importância relativa) e então calcular uma média ponderada. De modo geral, a média ponderada Maw de um conjunto de números x1, x2,..., xn, cuja importância relativa é expressa 29 numericamente por um conjunto correspondente de números w1, w2,...,wn, é dada por : Maw = ∑w.x/ ∑w Aqui, ∑w.x é a soma dos produtos de x pelo peso correspondente, e ∑w é simplesmente a soma dos pesos. Note que quando os pesos são todos iguais, a fórmula da média ponderada se reduz a média aritmética usual. Por exemplo Considerando que, nos bairros selecionados de Santarém, há 1135 unidades residenciais, 113 em Salva-Terra e 210 em Castanhal, utilize essa cifras e as percentagens do texto acima para determinar a taxa de ocupação pelos proprietários nas três cidades. Resposta Fazendo x1 = 40,3, x2 = 56,4, x3 = 62,1, w1 = 1135, w2 = 113, w3 =210 na fórmula de Maw, obtemos Maw = (1135)(40,3) + (113)(56,4) + (210)(62,1) /(1135 + 113 + 210) = 44,7 Note que o valor obtido para Maw é muito menor que Ma, 44,7 comparado com 52,9, e isto é devido exclusivamente ao grande tamanho de Santarém e sua baixa taxa de ocupação pelos proprietários. A MEDIANA (Md) Para evitar a possibilidade de sermos enganados por valores muito pequenos ou muito grandes, ocasionalmente descrevemos o „meio‟ ou o „centro‟ de um conjunto de dados com outras medidas estatísticas que não a média. Uma dessas medidas, a mediana de n valores, exige que os ordenemos, e se defina como: 30 O valor do elemento do meio se n é impar, ou a média dos dois elementos do meio se n é par. Por exemplo Em um mês recente, o Departamento de Caça e Pesca de um estado reportou 53, 31, 67, 53 e 36 violações em atividades de caça e pesca em cinco regiões diferentes. Ache a mediana do número de violações para esses meses. Resposta A mediana não é 67, o valor do meio, porque primeiro devemos ordenar as cifras de acordo com o valor (da menor para o maior). Obtemos, então: 31, 36, 53, 53 e 67; pode-se ver que a mediana é 53. Note neste exemplo que há dois 53‟s entre os dados, e que não nos referimos especificamente a nenhum deles como a mediana – a mediana é um número e não necessariamente uma medida ou observação. POSIÇÃO MEDIANA A mediana é o valor do [(n + 1)/ 2]-ésimo elemento. Quando n é impar, [(n + 1)/ 2] é um número inteiro e dá a posição da mediana; quando n é par, [(n + 1)/ 2] está a meio caminho entre os dois inteiros e a mediana é a média dos valores dos elementos correspondentes. Por exemplo Determine a posição para (a) n = 15 e (b) n = 48. Resposta Com os dados ordenados (e contando a partir de qualquer extremidade) a) [(n + 1)/ 2] = [(15 + 1)/ 2] = 8, e a mediana é o valor do 8º elemento; 31 b) [(n + 1)/ 2] = [(48 + 1)/ 2] = 24,5, e assim a mediana é a média dos valores dos 24º e 25º elementos. É importante ter em mente que [(n + 1)/ 2] é uma fórmula da posição da mediana, e não a mediana em si. CÁLCULO DA MEDIANA DE UMA DISTRIBUIÇÃO COM DADOS AGRUPADOS Quando queremos calcular a mediana de uma distribuição com dados agrupados, precisamos juntar ao quadro de distribuição de freqüências a coluna referente às freqüências acumuladas. Por exemplo A tabela 3 representa a distribuição das alturas de 200 jovens com idades entre 15 e 20 anos. Tabela 3: Distribuição das alturas de 200 jovens com idades entre 15 e 20 anos. Altura em cm Fa Fa acum. 160 ├ 165 8 8 165 ├ 170 15 8 + 15 =23 170 ├ 175 10 23 + 10 = 33 175 ├ 180 40 33 + 40 = 73 180 ├ 185 90 73 + 90 = 163 185 ├ 190 20 163 + 20 = 183 190 ├ 195 15 183 + 15 = 198 195 ├ 200 2 198 + 2 = 200 32 Resposta Considerando a definição de mediana, podemos dizer que ela se encontra na classe que contém o elemento 200/2 = 100; observando a coluna de freqüências absolutas acumuladas, esse elemento se encontra na classe correspondente a 180 ├ 185. Esta classe é chamada classe mediana. Quando, além de identificar a classe mediana, queremos determinar o valor da mediana, devemos fazer uma interpolação: 163 – 73 = 90 ----------- 185 – 180 = 5 100 – 73 = 27 ----------- X Isso nos ´eva a seguinte regra de três simples e direta: 90 ---- 5 27 ---- X X = (27 . 5)/ 90 = 135/ 90 = 1,5 O valor da mediana é obtido da seguinte maneira: Md = 180 + 1,5 = 181,5 cm Desse resultado podemos dizer que 50 % dos jovens têm altura menor que 181,5. MODA Outra medida por vezes utilizada para descrever o „meio‟ ou „centro‟ de um conjunto de dados é a moda, definida simplesmente como o valor que ocorre com maior freqüência e mais de uma vez. Suas duas vantagens principais são: não exige cálculo, apenas uma contagem, e pode ser determinada também para dados qualitativos ou nominais. 33 Por exemplo Uma amostra de registro de uma inspetoria de veículos revela que 18 motoristas em certa faixa etária receberam 3, 2, 0, 0, 2, 3, 3, 1, 0, 1, 0, 3, 4, 0, 3, 2, 3 e 0 notificações por infração durante os três últimos anos. Determine a moda. Resposta Vê-se que o número 4 ocorre uma vez, o número 1, duas vezes, o número 2, três vezes e os números 0 e 3 ocorrem seis vezes cada um. Há então duas modas, 0 e 3. Tabela 4: Comparação entre Média, Mediana e moda. Medida Definição Vantagens Desvantagens Média Centro da distribuição de freqüências. 1. reflete cada valor; 2. possui propriedades matemáticas atraentes. 1. é afetada por valores extremos. Mediana Metade dos valores são maiores, metade menores. 1. menos sensível a valores extremos do que a média 1. difícil de determinar para grande quantidade de dados. Moda Valor mais frequente 1. valor “típico”: maior quantidade de valores concentrados neste ponto. 1. não se presta a análise matemática; 2. Pode não ter moda para certosconjuntos de dados. PERCENTIL O percentil de ordem px100 (0<p<1), em um conjunto de dados de tamanho n, é o valor da variável que ocupa a posição px(n+1) do conjunto de dados ordenados. O percentil de ordem p (ou p-quantil) deixa px100% das observações abaixo dele na amostra ordenada. 34 Casos Particulares: Percentil 50 = mediana, segundo quartil(md,Q2,q(0,5)) Percentil 25= primeiro quartil (Q1), q(0,25) Percentil 75= terceiro quartil (Q3) , q(0,75) Exemplo 1 Dada a sequência 0,9 1,0 1,7 2,9 3,1 5,3 5,5 12,2 12,9 14,0 33,6. E sabendo que n = 11, encontre o Md, Q1 e Q3. Resposta: Md=5,3 ; Q1=1,7 ; Q3=12,9 35 Módulo I – Unidade 6: Medidas de Dispersão As medidas de dispersão são de grande importância na interpretação de dados. Resumidamente elas medem o quanto uma determinada variável se afasta de uma outra variável. Tais medidas podem dizer em quanto um determinado dado se afasta se afasta da idealidade, por exemplo. A seguir serão abordadas de maneira abrangente o que vem a ser cada uma dessas medidas. DESVIO PADRÃO Para definir desvio padrão, sem dúvida a medida de variação mais útil e mais largamente utilizada, notemos que a dispersão de um conjunto de dados é pequena se os dados estão concentrados em torno da média, e é grande se os dados estão muito afastados da média. Poderia, assim, parecer razoável medir a variação de um conjunto de dados em termos do desvio dos valores respectivos a contar a média. Se um conjunto de números x1, x2,..., xn, constituindo uma amostra, tem média Ma, as diferenças x1 - Ma, x2 - Ma,..., xn - Ma, são chamadas desvio a contar da média, o que sugere que podemos tomar sua média como medida da variação da amostra. Infelizmente, não podemos fazê-lo. A menos que os x‟s sejam todos iguais, alguns desvios sertão positivos, outros serão negativos. VARIÂNCIA O desvio médio absoluto é uma boa medida de dispersão porque dá a distância média de cada número em relação à média. Todavia, para muitos propósitos, é mais conveniente elevar ao quadrado cada desvio e tomar a média de todos esses quadrados. Essa grandeza é chamada variância. Esta é uma boa medida de dispersão, mas tem uma desvantagem: é difícil interpretar o valor numérico da variância. 36 Por exemplo Uma variância de 76,222 significa uma grande dispersão ou uma pequena dispersão? Parte do problema se deve a questão das unidades: a variância é medida em uma unidade que é o quadrado da unidade de medida x. Em geral, é mais conveniente calcular a raiz quadrada da variância, chamada desvio padrão. Temos, então, a fórmula para o desvio padrão. a) Desvio padrão amostral s = √(∑(x - Ma)2 / (n - 1))→ para a amostra b) Desvio padrão populacional δ = √(∑(x - μ)2 / N)→ para a população E o quadrado do desvio padrão nos revela a fórmula para a variância. a) Variância amostral s2 = (∑(x - Ma)2 / (n - 1))→ para a amostra b) Variância populacional δ2 = (∑(x - μ)2 / N)→ para a população Por exemplo Em seis domingos consecutivos, um motorista de caminhão - reboque recebeu 9, 7, 11, 10, 13 e 7 chamadas de serviço. Calcule s. Resposta 37 Calculando inicialmente a média, obtemos: Ma = 9 + 7 + 11 + 10 + 13 + 7/ 6 = 9,5 e o cálculo de ∑(x - Ma)2 pode ser feito como na tabela 1: Tabela 1: Distribuição das chamadas de serviço recebidas por um motorista de caminhão – reboque em seis domingos consecutivos. x X - Ma (x - Ma)2 9 - 0,5 0,25 7 - 2,5 6,25 11 1,5 2,25 10 0,5 0,25 13 3,5 12,25 7 -2,5 6,25 Total 0,0 27,50 Dividindo por (6 – 1) e tomando a raiz quadrada, vem: s = √(∑(x - Ma)2 / (n - 1)) s = √ (27,50/ (6 – 1)) = √(5,5) ≈ 2,3 O resultado encontrado neste ultimo exemplo significa que os valores de x (chamadas de serviço) se afastam, desviam em 2,3 da média destes mesmos valores. Note, na tabela acima, que o total da coluna do meio é zero; isto deve ocorrer sempre, constituindo, assim, uma verificação dos cálculos. INTERVALO INTERQUARTIL (d) É a diferença entre o terceiro quartil e o primeiro quartil, ou seja, d= Q3-Q1 38 Por exemplo Dada a seguinte sequência 15,5,3,8,10,2,7,11,12, encontre d. Resposta: Q1 = (3 + 5)/2 = 4 e Q3 = (11 + 12)/2 = 11,5 d = Q3 - Q1 = 11,5 - 4 = 7,5 COEFICIENTE DE VARIAÇÃO (CV) OU COEFICIENTE DE REGRESSÃO (R2) É a medida de dispersão relativa que elimina o efeito da magnitude dos dados. Exprime a variabilidade dos dados em relação a média e é muito útil para comparar duas ou mais variáveis. Por exemplo Na tabela abaixo estão dispostos a média e o desvio padrão da altura e do peso de alguns alunos do Curso de Química. E ainda seus respectivos coeficientes de variação. Explique tais dados de acordo com sua variação em relação a média e desvio padrão dos mesmos. Média Desvio padrão CV Altura 1,143 m 0,063 m 5,5 % Peso 50 Kg 6 Kg 12 % Resposta: Com relação às médias, os alunos são, aproximadamente, duas vezes mais dispersos quanto ao peso do que quanto à altura. %100 X S CV 39 OUTRA FORMA DE ANALISAR A DISPERÇÃO Nesta parte mostraremos outra forma de avaliar a forma de distribuição de freqüência de uma variável ou amostra. Exemplo 1 A tabela seguinte registra as amostras A e B. Analisar as distribuições de freqüências das amostras aplicando somente as medidas estatísticas conhecidas. A 100 120 120 120 120 120 120 140 140 140 140 160 160 160 B 88,6 108,5 108,6 128,5 128,6 128,5 128,6 148,6 148,5 148,6 148,6 148,6 148,6 168,6 Verifique também as medidas estatísticas registradas na tabela seguinte: A B Ma 134,3 134,3 s 21,4 21,4 Md 130,0 138,6 Resposta Verificamos pela segunda tabela que as amostras A e B têm medianas diferentes, porém as mesmas medidas estatísticas Ma = 134,3 e s = 21,4. Pelas medidas da média aritmética (Ma) e do desvio padrão (s), aparentemente, se trata da mesma amostra; entretanto, essa igualdade não é sustentada pelas seguintes comparações: As medianas mostram que não se trata da mesma amostra; Nas linhas da primeira tabela estão registrados os resultados: mínimo, Q1, mediana, Q3 e máximo. Perceba o leitor que as cinco medidas estão registradas em ordem crescente dos valores ordenados. Analisando os resultados temos: 40 Os intervalos das 2 amostra são iguais: 80 = 180 – 100 = 168,8 – 88,6. A diferença dos quartis das duas amostras é a mesma e igual a 20 = Q3 – Q1. Em cada amostra este resultado indica que 50% dos valores se distribuem entre dois quartis. A mediana de cada amostra está situada no centro dos dois quartis. A diferença entre Q1 e o mínimo da amostra A é 20, entanto que a da amostra B é 40. A B Mínimo 100 88,6 Q1 120 128,5 Md 130,0 138,6 Q3 140 148,6 Máximo 180 168,6 Os resultados acima ajudam a compreender o alcance do intervalo entre quartis IEQ e as vantagens do diagrama boxplot que será apresentado. O primeiro quartil, a mediana e o terceiro quartil avaliam a forma da parte central e a variabilidade da distribuição de freqüência da amostra. O IEQ é o resultado da diferença entre o terceiro quartil Q3 e o primeiro quartil Q1: IEQ = Q3 - Q1 As características do IEQ são: É uma medida resistente, pois não é afetado pelos valores extremos da distribuição. É uma medida simples, fácil de ser calculada e automatizada e mede a distribuição da metade dos valores da amostra situadosao redor da mediana. O IEQ não é suficiente para avaliar a variabilidade de uma amostra ou variável, pois envolve apenas os valores centrais, deixando de considerar os valores extremos que também são importantes. É parecido com o intervalo, entretanto, as três medidas Q1, mediana e Q3 dão mais informações. 41 DADOS SUSPEITOS São denominados dados suspeitos os valores extremos de uma amostra completamente diferente da maioria; isto é, valores mais do que extremos. Como qualquer amostra pode conter dados suspeitos devemos estar preparados para detectá-los e analisar suas causas. Se o valor suspeito for originado de um erro de registro, por exemplo, o valor medido 135 foi registrado como 2135. Neste caso, o erro pode ser corrigido e eliminada a característica suspeita do valor amostrado. QUE FAZER SE O VALOR SUSPEITO FOI CORRETAMENTE AMOSTRADO E REGISTRADO? Se a população está sendo amostrada através de uma pesquisa de pessoas de uma determinada população, um valor suspeito poderá ser originado por uma pessoa que não pertence à população definida. O valor suspeito também poderá ser evidencia de um acontecimento extraordinário ou a variabilidade não esperada de uma variável. Em qualquer caso os valores suspeitos sem causa aparente associada a população devem ser retirados da amostra. Uma estratégia para tratar dados suspeitos e outras irregularidades é utilizar métodos numéricos que pouco são afetados pelos valores suspeitos. Uma das aplicações do IEQ é detecção de dados suspeitos de uma variável. Observe as condições abaixo: O valor X de uma amostra é considerado possível suspeito se estiver no intervalo Q1 – 3xIEQ < X < Q1 – 1,5xIEQ ou Q3 + 1,5xIEQ < X < Q3 + 3xIEQ O valor X de uma amostra é considerado suspeito se X < Q1 – 3xIEQ ou X > Q3 + 1,5xIEQ 42 Observação: Embora o IEQ ajude a retirar um valor da amostra por considerá-lo suspeito essa decisão deve ser acompanhada de um criterioso julgamento. Por exemplo Dada a seguinte sequência 15,5,3,8,10,2,7,11,12, verifique se há possíveis suspeitos. Resposta Temos da sequência acima que Q1 = 4 e Q3 = 11,5. E o IEQ é igual: IEQ = Q3 - Q1 = 11,5 – 4 IEQ = 7,5 Então os intervalos são: Q1 – 3xIEQ < X < Q1 – 1,5xIEQ 4 – 3x7,5 < X < 4 – 1,5x7,5 -18,5 < X < -7,25 Conclusão: Não existe nenhum valor na sequência de dados que seja maior que -18,5 e menor que -7,25, logo não há valores possíveis suspeitos. 43 Módulo 1 – Unidade 7: Boxplot Boxplot Ao utilizar apenas os valores extremos o intervalo não auxilia na determinação da forma da distribuição de uma variável ou amostra, informando apenas sobre caudas da distribuição. Os três resultados Q1, mediana, Q3 mostram a forma de distribuição de cinqüenta por cento dos valores de uma variável ou amostra. Agrupando os cinco resultados da distribuição: mínimo, Q1, mediana,Q3 e máximo conseguiremos obter mais informações sobre a forma da distribuição de freqüência de variável. O boxplot é a forma gráfica de se compor os cinco resultados mínimo, Q1, mediana,Q3 e máximo e obter informações diretas sobre a da distribuição de freqüência da variável. Resumidamente, representa os dados através de um retângulo construído com os quartis e fornece informação sobre valores extremos. (veja o esquema embaixo): Exemplo 1 Com a finalidade de aumentar o peso (em Kg) um regime alimentar foi aplicado em 12 pessoas. Os resultados (ordenados) foram: -0,7 2,5 3,0 3,6 4,6 5,3 5,9 6,0 6,2 6,3 7,8 11,2. 44 1º passo Calculando as medidas temos: Mediana (Md ou Q2) = 5,6kg 1º.quartil (Q1) = 3,3kg 3º.quartil (Q3) = 6,25kg 2º passo d=intervalo interquartil = Q3-Q1 =2,95kg Logo as linhas auxiliares correspondem aos pontos: Q1-1,5d = -1,25kg Q3+1,5d = 10,675kg 3º passo Construção do gráfico. 45 Módulo I – Unidade 8: Análise de Correlação - Regressão Linear Simples Um problema frequente em estatística consiste em investigar questões como estas: há alguma relação entre duas grandezas? As variações em uma das grandezas acarretam variações na outra grandeza? O termo correlação significa „relação em dois sentidos‟ (co + relação) e é usado para designar a „força‟ mantêm „unidos‟ os valores dois conjuntos de valores. ANÁLISE DE CORRELEÇÃO Para entendermos melhor a análise de regressão usaremos o seguinte exemplo. Por exemplo O fenômeno da bioacumulação em peixes é verificado quando a concentração do metal a ser analisado cresce proporcionalmente com a massa do peixe. Análises realizadas pelo Laboratório de Química Analítica e Ambiental da UFPA forneceram dados da concentração de Al (Alumínio) em peixes da espécie Cichla spp. (Tucunaré), mostradas na tabela abaixo e a massa de peixes grandes após a biometria. Admitamos que as respostas obtidas tenham sido: Amostras de Tucunaré A B C D E ∑ Massa da amostra (g): Xi 5 8 10 12 15 50 [Al] (mg/Kg): Yi 10 30 45 50 75 210 1º passo Calcule X (variável independente, que permite prever) e Y (variável dependente, que é a resposta ou o predito) da seguinte maneira: XM = ∑ Xi / n sendo n = quantidade de amostras XM = 50 anos / 5 = 10 g de Tucunaré YM = ∑ Yi / n 46 YM = 210 anos / 5 = 42 mg/Kg de Alumínio Xi representa a massa de cada amostra de Tucunaré. Por exemplo: O sujeito C Xi=3 = X3 = 10 g Yi representa a massa de Alumínio bioacumulados nas amostra de Tucunaré. Por exemplo: O Sujeito C Yi=3 = Y3 = 45 livros XM e YM são na verdade médias dos sujeitos estudados. E observando os valores de X e Y acima, verificamos que para cada 10 g (em média) de Tucunaré, a amostra de peixe correspondente possui 42 mg/Kg de Al bioacumulados (também em média). A média aritmética (Ma) sozinha é insuficiente para explicar bem a força que mantém unidas as variáveis X e Y. Por isso, usa-se uma estatística desenvolvida por Person chamada coeficiente de correlação linear (rxy). 2º passo Para o cálculo de rxy é necessário primeiro encontrar o valor das seguintes quantidades: ∑ XiYi , ∑ Xi , ∑ Yi , ∑ Xi 2 , ∑ Yi 2 . Vamos a tabela e calculemos essas quantidades: Sujeito Massa (g) Al (mg/Kg) XiYi Xi 2 Yi 2 A 5 10 50 25 100 B 8 30 240 64 900 C 10 45 450 100 2025 D 12 50 600 144 2500 E 15 75 1125 225 5625 ∑ 50 210 2465 558 11150 3º passo Cálculo de rxy feito através da fórmula: 2222 )()( )()( iiii iiii xy YYnXXn YXYXn r 47 Onde n corresponde ao número de pares de informações. Neste exemplo, n = 5. Então: 4º passo Interpretação do rxy. Quanto mais próximo de 1 maior a correlação positiva. Quanto mais próximo de - 1 maior será a correlação negativa. Os valores de + 1 e – 1 significam respectivamente, correlação perfeita positiva e correlação perfeita negativa. r = +1 correlação positiva (as duas variáveis aumentam no mesmo sentido) r = 0 ausência de correlação (valores muito dispersos) r = -1 correlação negativa (uma variável aumenta e a outra diminui) 0,6 ≥ r ≤ 1 correlação forte “significativa” 0,3 ≥ r ≤ 0,6 correlação fraca 0 ≥ r ≤ 0,3 correlação muito fraca22 210111505505585 )210)(50()2465(5 xyr )4410055750)(25002790( 1050012325 xyr 99,0xyr 48 TIPOS DE DIAGRAMAS Relação Linear direta Relação Linear Indireta rxy > 0 rxy < 0 Relação curvilínea direta Não há correlação rxy = 0 Outros exemplos Exemplo 1 Xi Yi 0 0 1 2 2 4 3 6 4 8 1º passo Calcular ∑ XiYi , ∑ Xi , ∑ Yi , ∑ Xi 2 , ∑ Yi 2 . Xi Yi Xi 2 Yi 2 XiYi 0 0 0 0 0 1 2 1 4 2 2 4 4 16 8 3 6 9 36 18 4 8 16 64 32 ∑ 10 20 30 120 60 49 2º passo Calcular rxy 3º passo Interpretação do resultado. Foi encontrado um rxy igual a 1, isto é, a correlação entre os dados é perfeita. Exemplo 2 Xi Yi 4 5 3 3 5 5 5 4 4 4 3 6 2 5 3 6 2 5 4 2 1º passo Calcular ∑ XiYi , ∑ Xi , ∑ Yi , ∑ Xi 2 , ∑ Yi 2 . Xi Yi Xi 2 Yi 2 XiYi 4 5 4 25 10 3 3 4 25 10 5 5 9 9 9 2 201205210305 )20)(10()60(5 xyr 1xyr 2 )( 2 . 2 )( 2 )()( iYiYniXiXn iYiXiYiXn xyr 50 5 4 9 36 18 4 4 9 36 18 3 6 16 25 20 2 5 16 16 16 3 6 16 4 8 2 5 25 25 25 4 2 25 16 20 ∑ 35 45 133 217 154 2º passo Calcular rxy Interpretação do resultado: Foi encontrado um rxy de, aproximadamente, -0,28, isto é, a correlação entre os dados é fraca. SIGNIFICÂNCIA DE rxy Voltemos ao exemplo inicial onde Xi = massa (g) de Tucunaré e Yi = quantidade de Alumino (mg/Kg) bioacumulados. Vamos imaginar que a população de peixes de onde a amostra foi tirada fosse tal que a sua representação gráfica desse o seguinte diagrama de disperção: 22 )45()217(12[)35(1330(10[ )45)(35()154(10 xyr 28,0xyr 2 )( 2 . 2 )( 2 )()( iYiYniXiXn iYiXiYiXn xyr 51 Mas, como os 5 sujeitos foram sorteados, os valores assim obtidos poderiam, por puro acaso, estar simulando uma disposição retilínea, quando, na verdade, essa configuração sequer existisse. O diagrama de dispersão seguinte mostra isso: Os pontos da amostra lembram uma reta, mas os pontos da população têm uma disposição circular. Como saber se a correlação, na população, é diferente de zero? Vimos no gráfico acima que rxy é diferente de zero (no caso específico rxy > 0) não é garantia de que o mesmo ocorra na população da qual se extraiu a amostra. O nosso problema poderia se assim colocado: já que na amostra rxy é diferente de zero, será que na população (indicada pela letra grega rô: ρxy ) a correlação é também diferente de zero? Então: Se rxy ≠ 0, então: Ho: ρxy = 0 Ha: ρxy ≠ 0 sendo, α = 5% Para resolver este problema, vamos usar seguinte estatística t de Student com (n- 2) graus de liberdade: Onde: to = t observado(calculado); rxy = coeficiente de correlação linear (Pearson) obtido; (n-2) = número de graus de liberdade. 2 0 )(1 2 xy xy r nr t 52 1º passo Para o exemplo da quantidade de Alumínio bioacumulado no Tucunaré to é: 2º passo O valor de to deve ser comparado com o valor de t tabelado, chamado „t crítico’ (tc). E dessa comparação resultam as seguintes conclusões (mutuamente excludentes). Mas para isso devemos encontra o número de graus de liberdade (GLIB).Observe o extrato da tabela de tc abaixo: Graus de liberdade (GLIB) α 5% 1% 3 3,182 5,847 4 2,776 4,604 … … … 8 3,355 … … … 10 3,169 … … … 20 2,845 Para o nosso exemplo, n = 5, portanto o GLIB é: GLIB = n – 2 = 5 – 2 = 3 graus de liberdade Então, o tc , para o nosso exemplo com 3 graus de liberdade, é igual a 3,182. 3º passo Temos, então: (to = 12,1382) > (tc = 3,182) Possibilidades para análise da significância da amostra: I- Se to > tc Rejeita a Ho ( e aceita Ha) II- Se tc > to Não rejeita a Ho (mas rejeita Ha) 1382,12 )99,0(1 2599,0 )(1 2 22 0 xy xy r nr t 53 Pelas possibilidades de análise de significância, Ho é rejeitada, isto é, com 95% de certeza, podemos concluir que a correlação na população não é zero. Para esclarecer melhor, vamos aplicar o t de Student ao exemplo 2 desta unidade. 1º passo Temos to para este exemplo é igual a: 2º passo Para o exemplo 2, n = 10, portanto o GLIB é: GLIB = n – 2 = 10 – 2 = 8 graus de liberdade Então, o tc , para o nosso exemplo com 8 graus de liberdade, é igual a 2,306. 3º passo Lembrando que: Ho: ρxy = 0 Não existe correlação linear; Ha: ρxy ≠ 0 Existe correlação linear. (α = 5%) Temos, então: (to = 0,825) < (tc = 2,306). Logo, Ho não é rejeitada, isto é, com 95% de certeza, podemos afirmar que não existe correlação linear na população. Então: ρxy = 0. 825,0 0784,01 828,0 )28,0(1 21028,0 )(1 2 2 0 2 t r nr t xy xy o 54 COEFICIENTE DE DETERMINAÇÃO (CD) OU EXPLICAÇÃO (R2) Então, se rxy = 0,548 Isto significa que numa proporção de aproximadamente 30,03% das variações em Y podem ser explicadas pelas variações em X. RECOMENDAÇÕES IMPORTANTES 1. Já que o cálculo de rxy é trabalhoso é conveniente fazer o gráfico antes de começar qualquer cálculo. Basta fazer um gráfico xy unindo o ponto Xi com Yi, isto é: se Xi = 5 e Yi = 2, teremos o ponto (5,2) no gráfico e assim por diante. Se os pontos do gráfico distribuírem-se de tal forma que lembrem uma reta, convém calcular rxy; se os pontos estivem dispersos de modo não-linear, não convém clacular rxy. 2. O coeficiente de correlação linear de Pearson pode ser calculado por uma fórmula alternativa que é: REGRESSÃO LINEAR SIMPLES A regressão, que traduz a lei segundo a qual as variáveis „caminham juntas‟, é expressa por meio de uma relação matemática. É a chamada yx ii xy SSn yx r 22 100 )(r=R xy 22 )548,0(100R 03.302R 55 equação de regressão. Resumidamente, a regressão linear simples é a expressão matemática que expressa as varáveis que se correlacionam. Na verdade, correlação e regressão são conceitos logicamente inseparáveis. Uma não pode existir sem a outra. Então, neste caso, fala-se em regressão linear simples: LINEAR: porque a disposição dos pontos permite interpolar-lhes uma reta; e; SIMPLES: porque só há 2 variáveis envolvidas no processo. De todas as retas possíveis para uma nuvem de dados, somente a que apresente melhor ajustamento a todos os pontos é que deve ser escolhida. A escolha dessa reta obedece a um critério chamado método dos mínimos quadrados calculado pelas seguintes equações: Onde: Sx = desvio padrão de X Sy = desvio padrão de Y ^ = indica que se trata de uma valor teórico próximo da realidade. As equações acima são chamadas de equações normais de regressão. A primeira delas (X - chapéu) chama-se equação normal de regressão dos X sobre os Y e permite calcular um X desconhecido a partir de um Y conhecido. A segunda equação (Y - chapéu) equação normal de regressão dos Y sobre os X e permite calcular um Y desconhecido a partir de um X conhecido. )( )( _2 _ 2 ^ 2 11 ^ 1 XKYXKYK S S r YKXYKXK S S r ii x y xy ii y x xy 56 Para entender melhor como utilizar essas equações retornemos ao exemplo onde X = massa (g) de Tucunaré e Y = massa (mg/Kg)de Al bioacumulados, e mostrar como se faz para interpolar aos pontos amostrais uma reta. 1º passo Sabendo que: Sx = 3,4 XM = 10 g Sy = 21,6 YM = 42 mg/Kg rxy = 0,99 Calcule K1 e substitua os valores de K1, XM, YM na equação normal de regressão dos X sobre os Y para encontra a equação de X – chapéu. 2º passo Calcule K2 e substitua os valores de K2, XM, YM na equação normal de regressão dos Y sobre os X para encontra a equação de Y – chapéu. 28,316,0 )]42)(16,0(10[16,0 16,0 6,21 4,3 99,0 ^ ^ 1 ii ii y x xy YX YX S S rK 9,2029,6 )]10)(29,6(42[29,6 29,6 4,3 6,21 99,0 ^ ^ 2 ii ii x y xy XY XY S S rK 57 3º passo Vamos supor agora que tivéssemos perdido a notação do valor de X2 (recorra tabela no início desta unidade). Como recuperá-lo a partir de seu parceiro Y2 = 30? Resposta: Basta substitui o valor 30 (Y2) em Yi na fórmula de X – chapéu que encontramos no 1º passo. Se você realizar os cálculos encontrará um valor de X – chapéu aproximadamente igual a 8,08. Observe que o valor não é 10. Isso acontece porque X – chapéu produz apenas uma estimativa razoável que leva em conta o conjunto de dados da tabela. 4º passo Sabemos que por 2 pontos passa uma e uma só reta. Então, se quisermos saber qual a reta de X que apresenta o melhor ajuste a todos os pontos, basta calcular dois valores extremos, por exemplo: X – chapéu para Y1 = 10 e X – chapéu para Y5 = 75. Fazendo os cálculos temos que X – chapéu = 4,88 e Y – chapéu = 15,28. Tais valores nos levam ao seguinte diagrama: 5º passo O mesmo raciocínio vale para a equação de Y – chapéu. OBSERVAÇÃO: As figuras ilustradas na unidade 7 foram adaptadas de: COSTA, S. F. Introdução Ilustrada á Estatística. 3º Ed. São Paulo: Ed. HARBRA LTDA, 1998. p. 58 Módulo I – Unidade 9: Análise Hierárquica de Agrupamentos A análise hierárquica de agrupamentos tem por objetivo agrupar dados em „clusters‟ com atributos semelhantes. Os resultados aparecem em formas de dendogramas onde podem visualizar as correlações as amostras ou variáveis. O importante aqui é a distância entre as amostras: amostras próximas (distâncias pequenas) são aproximadamente semelhantes. Para a Química este tipo de análise auxilia na interpretação dados experimentais ou teóricos. Por exemplo, se temos um grupo de dados que correspondem às concentrações de Ferro (Fe), coletados do solo de diferentes bairros de Belém. A análise hierárquica de agrupamentos é recurso que poderia dizer o quanto estes bairros estão próximos ou distantes em relação a quantidade de Ferro presente nos solos de cada uma ou se é possível distinguir uma localidade da outra analisando a concentração de Fe em seus respectivos solos. No decorrer desta unidade serão descritos alguns exemplos para melhor ilustração FUNDAMENTOS MATEMÁTICOS – MEDIDAS DE DISTÂNCIA Nesta fase da análise, as distâncias entre as amostras e variáveis são calculadas e comparadas. dab distância entre a e b. Tais distâncias podem ser calculadas pela fórmula: 59 AGRUPAMENTO Distância entre o cluster A – B que acaba de ser formado e outro C já formado. 1. CONEXÃO SIMPLES: 2. CONEXÃO COMPLETA 3. CONEXÃO POR MEIO DE MEDIANA Depois de se obter o valor das distâncias faz-se o cálculo da similaridade pela seguinte equação: Exemplo 1 Em 2007, um grupo de químicos da UFPA resolveu analisar as concentrações, em ppb (partes por bilhão), de 4 elementos (Cl, Ca, Mg e Na) presentes em águas salobras de dois diferentes bairros da cidade. Para cada bairro, coletou-se 4 amostras de água em diferentes pontos. Considere a tabela abaixo e verifique, através da análise de agrupamento, se é possível distinguir as localidades com base nos valores de concentrações dos elementos. 60 N° amostra Amostras Cl Ca Mg Na Bairro Terra firme 1 TF 01 2067,1 315,9 73,7 1857,7 2 TF 02 2074,9 311,7 73,9 1754,7 Bairro Nazaré 3 NZ 01 2134,7 292,7 70,3 1504,7 4 NZ 02 2163,8 295,6 70,1 1499,9 1º passo Calcule as distâncias da seguinte forma: d12 = (2074,9 - 2067,1) 2 + (311,7 – 315,9)2 + (73,9 – 73,7)2 + (1754,7 + 1857,7)2 = 103,38 d13 = (2134,7 – 2067.1) 2 + (292,7 – 315,9)2 + (70,3 – 73,7)2 + (1504,7 + 1857,7)2 = 360,18 d14 = (2163,8 – 2067.1) 2 + (295,6 – 315,9)2 + (70,1 – 73,7)2 + (1499,9+ 1857,7)2 = 371,21 d23 = (2134,7 – 2074,9) 2 + (292,7 – 311,7)2 + (70,3 – 73,9)2 + (1504,7 + 1754,7)2 = 257,78 d24 = (2163,8 – 2074,9) 2 + (295,6 – 311,7)2 + (70,1 – 73,9)2 + (1499,9 + 1754,7)2 = 270,37 d34 = (2163,8 – 2134,7) 2 + (295,6 – 292,7)2 + (70,1 – 70,3)2 + (1499,9 + 1504,7)2 = 29,64 Se você realizar os cálculos verá que os valores de d11, d22, d33, d44 são iguais à zero. 2º passo Organize os resultados das distâncias encontradas em forma de uma matriz de forma que d12 estará na primeira linha e segunda coluna, d24 estará na segunda linha e quarta coluna, d44 (igual a zero) estará na quanta linha e quarta coluna e assim sucessivamente. Então temos: 61 1 2 3 4 1 0 103,38 360,18 371,21 2 0 257,78 270,37 3 0 29,64 4 0 3º passo Com um grupo já formado (grupo 3,4 = 29,64) que é a menor distância da matriz, através de cálculos verifica-se a existência de outros grupos que poderão ainda ser encontrados ou ainda se a pontos similares ao 1º já formado. Cálculo da distância entre o grupo formado (3,4) e os demais (1 e 2). Para elaboração do dendrograma utilizaremos à conexão simples. Então: d1 3,4 = 0,5.d13 + 0,5.d14 – 0,5│ d13 - d14│ d1 3,4 = 0,5.360,18 + 0,5.371,21 - 0,5│ 360,18 – 371,21│= 360,18 d2 3,4 = 0,5.d23 + 0,5.d24 – 0,5│ d23 – d24│ d2 3,4 = 0,5.257,78 + 0,5.270,37 – 0,5│ 257,78 – 270,37│= 257,78 Agora com os novos valores de distâncias, vamos construir uma segunda matriz distância: 1 2 3,4 1 0 103,38 360,18 2 0 257,78 3,4 0 4º passo: Com outro grupo já formado (1 e 2), busca-se encontrar pontos similares ou distintos. 62 Calcula-se a distância entre os grupos formados e os que ainda poderão ser encontrados. E com isso efetua-se o cálculo da distância, usando agora os pontos (3 e 4 com 1 e 2 já formados). Pela fórmula de conexão simples temos: d1,2 3,4 = 0,5.d1 3,4 + 0,5.d2 3,4 – 0,5│ d1 3,4 – d2 3,4│ d1,2 3,4 = 0,5.360,18 + 0,5.257,78 – 0,5│360,18 – 257,78│= 257,78 As distâncias d1,2 1,2; d3,4 3,4 são iguais a zero. Desta forma temos a matriz: 1,2 3,4 1,2 0 257,78 3,4 0 5º passo: Realizado os cálculos das distâncias para formação de grupos e a similaridade entre esses grupos formados é possível um gráfico para melhor visualizar as informações. Fazendo uso do programa MINITAB, utilizaram-se gráficosem Dendrograma. Para construção do dendograma é necessário o cálculo da similaridade. S1,2 = 60% S3,4 = 88% S(1,2),(3,4) = 0% Utilizando o valor da distância máxima padronizada temos que: dmáx = d(1,2),(3,4) = 257.78 A dmáx não padronizada seria igual a 360,18. 63 6º passo Análise do dendograma obtido com os dados de distância. Dendrograma 1 - distância Dendrograma 2 obtido com os dados de similaridade. Terra Firme Nazaré Nazaré Terra Firme 64 Conclusões: É possível distinguir os bairros Terra Firme e Nazaré com base nas concentrações de Cl, Ca, Mg e Na. As duas localidades estão notavelmente separadas dendogramas. As amostras 1 e 2 formam um grupo e as amostras 3 e 4 também se agrupam, e, posteriormente esses dois grupos são agrupados. 65 EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO Lista de Exercícios de Estatística Descritiva 1- Calcular o coeficiente de variação de cada variável, verificar a presença de outlines e fazer a comparação entre a umidade e as cinzas das folhas de jambú. UMIDADE % CINZAS % 88,68 2,16 88,57 1,74 88,70 1,76 87,18 1,91 88,49 1,50 89,14 2,13 2- Na tabela abaixo são apresentados valores de peso fresco dos calos por explante obtidos em cultura de tecidos in vitro de diferentes cultos de trigo. Utilize os conhecimentos estatísticos e responda: a) Qual a característica apresentou maior variabilidade; b) Compare os pesos obtidos dos embriões maduros com imaturos e verifique a presença de outlines. Fw –Imaturos Fw-Maturos 48,4 70,0 45,0 56,7 40,4 65,6 53,6 127,7 60,0 74,4 63,5 63,0 64,2 153,4 72,7 44,2 62,6 74,9 59,8 105,4 Média do peso fresco dos calos por explante (mg) 66 3- Na tabela abaixo é apresentado os valores referentes as diferenças de calos e regeneração de plantas entre cinco tipos de trigo de fontes de embriões maduros e imaturos. Compare usando medidas estatísticas (médias, mediana, desvio padrão e coeficiente de variação) os valores apresentados dos embriões maduros e imaturos. Embriões Imaturos Maduros A 38,1 51,5 B 34,3 50,7 C 52,5 82,0 D 30,0 58,9 E 60,3 56,7 4- Na tabela abaixo são apresentados valores de algumas propriedades físico-químicas (pH, acidez livre, umidade e Hidroximetilfurfural-HMF) determinadas em méis de abelha com ferrão (Apis mellifera) e sem ferrão (Mellipona fasciculata). Através de medidas de tendência central e análise de Box-plot, verificar qual (is) das propriedades estudadas é mais importante para separar abelhas com ferrão de abelha sem ferrão. Amostras pH Acidez livre Umidade HMF Abelhas 1 3,57 69,95 10,63 16,7 Com ferrão 2 3,84 18,52 18,14 10,36 Com ferrão 3 3,84 19,52 16,26 10,75 Com ferrão 4 4,20 23,00 20,00 8,10 Com ferrão 5 3,54 33,47 22,80 21,93 Sem ferrão 6 4,20 15,22 22,47 19,63 Sem ferrão 7 3,85 52,56 27,37 18,27 Sem ferrão 8 3,40 15,90 28,00 0,00 Sem ferrão SOUZA (2008) 5- Os resultados dos elementos químicos Pb, Zn e Cd, em mg/Kg , analisados em amostras de peixes médios e grandes, da Cichla spp. 67 (Tucunaré), capturados na represa de Tucuruí, no projeto desenvolvido pelo laboratório de Química Analítica e Ambiental da UFPA em parceria com a ELETRONORTE, são encontrados na tabela abaixo: Pb Zn Cd Tamanho do peixe 0,05 20,43 1,41 Médio 0,09 20,19 1,31 Médio 0,19 21,77 0,74 Médio 0,05 23,36 0,83 Médio 0,00 15,88 0,62 Grande 0,54 17,94 0,94 Grande 0,01 13,35 0,33 Grande 0,06 22,21 0,70 Grande Mostrar através do Boxplot, qual(is) do(s) metal(is) separa(m) melhor os peixes médios e grandes. 6- Em um estudo realizado na Universidade Federal do Pará (UFPa) foram analisadas 6 sementes de cupuaçu e determinou-se a dimensão das sementes (comprimento, largura e espessura). Calcule o coeficiente de variação das variáveis. Observar a presença de outlines e analisar as variáveis através do Boxplot. Sementes Comp. (cm) Larg. (cm) Espes. (cm) 1 2,9 2,2 1,1 2 2,4 1,9 1,2 3 2,7 2,2 1,1 4 2,6 2,0 0,9 5 2,1 1,8 1,1 6 2,2 1,6 1,5 68 Exercício de Regressão Linear 1- Nos laboratórios de Química da UFPA, são realizados vários experimentos de grande importância, uma delas é a determinação da curva de calibração em relação as concentrações de cálcio. No quadro abaixo são mostrados as concentrações de padrões analíticos de cálcio, (em mg/l) e as absorvâncias desses padrões, determinadas por espectrometria no UV-Visível. Ajuste um modelo linear a estes dados, calcule os valores de R2 e t0, e diga se o modelo é significativo. Dado tc = 0,7914 Amostra Ca (mg/l) Absorvância A 0,6 0,043 B 0,7 0,079 C 1,00 0,133 D 1,6 0,142 E 0,78 0,081 2- Na tabela abaixo, são apresentados valores de concentrações de metais na polpa do açaí, de cinco regiões diferentes. (Os metais são cálcio e magnésio). Ajuste um modelo linear a estes dados, calcule os valores de R2 e t0, e diga se o modelo é significativo. Dado tc = 1,5472 Amostra Ca (mg/ml) Magnésio (mg/ml) A 0,048 0,13 B 0,018 0,08 C 0,11 0,09 D 0,21 0,19 E 0,13 0,21 3- Na tabela abaixo são apresentados os dados obtidos da extração do óleo/oleoresina de quatro amostras diferentes de gengibre, onde sofreram dois 69 tipos de tratamento: métodos físicos (R1) e de secagem ao calor do fogo (R2). Calcule: a) O coeficiente de correlação (r). b) A significância de r (teste t0). c) Verificar se o modelo é ajustável (R2). N° experimental R1 R2 Gengibre inteiro não discascado. 4,7 4,9 Gengibre inteiro descascado. 4,5 4,6 Gengibre dividido não descascado. 5,8 6,1 Gengibre dividido descascado. 2,8 2,6 4- Fazer uma análise de regressão entre a concentração real Fe (mg/Kg) e a concentração real de Zn (mg/Kg) presente nas folhas do jambú. Saber se o modelo é ajustável e se tem significância. tc = 3,182 Conc. Real Fe (mg/Kg)-Xi Conc. Real Zn (mg/Kg)-Yi 146,61 62,79 191,88 64,81 111,84 87,74 177,81 74,08 303,43 74,71 309,31 49,64 5- Um procedimento importante num laboratório é a construção de curvas de quantificação, isto é, a determinação da concentração de uma determinada espécie, através de modelos construídos através dos dados obtidos experimentalmente. Normalmente, essa relação é determinada empregando-se o ajuste por mínimos quadrados ou regressão linear. Considere a matriz obtida num experimento visando à concentração de uma curva de quantificação para determinação de taninos em resíduo de açaí. Na tabela abaixo são mostradas as concentrações de ácido tânico (mg/mL) e as absorvâncias determinadas por 70 espectrofotometria de UV_vísivel. Ajuste um modelo linear a estes dados. Calcule os valores de R2 e to. Sendo que o valor de tc=3,182. Ácido tânico (mg/mL) Absorvância 0,50 0,063 0,75 0,074 0,80 0,085 0,90 0,099 1,25 0,109 1,30 0,112 6- O fenômeno da bioacumulação em peixes é verificado quando a concentração do metal a ser analisado cresce proporcionalmente com a massa do peixe. Análises realizadas pelo Laboratório de Química Analíticae Ambiental da UFPA forneceram dados da concentração de Al em peixes da espécie Cichla spp. (Tucunaré), mostradas na tabela abaixo e a massa de peixes grandes após a biometria. Calcule os valores de R2 e t0. Massa (g) [Al](mg/Kg) 2500 23,69 3500 75,38 2750 19,14 2000 13,81 71 Exercício de Cluster 1) FARNHAM ET AL, (2000) obtiveram dados hidrogeoquímicos proveniente de duas regiões no Estado norte-americano de Nevada: amostras 1,2 e 3 onde o governo federal local efetuou explosões atômicas subterrâneas; outra adjacente, Oásis Valley/ OV: amostras 4 e 5. No total são 5 análises, concentrações em ppb, para 7 elementos. Utilize a análise de agrupamentos (conexão simples e completa) e diga se é possível à separação, distinção, dessas localidades com base nos valores de concentrações dos metais. Li Ti V Cr Mn Ni Ge 1 9,3 1,11 1,30 2,42 1,15 1,12 1,32 2 10,3 1,27 1,96 2,67 1,09 1,18 1,26 3 10,4 1,24 1,07 5,67 1,09 1,18 1,27 4 16,6 1,07 1,67 2,80 1,34 2,20 1,55 5 17,9 1,04 1,16 2,37 1,49 2,39 2,36 2) Calcule as matrizes de distâncias utilizando o método e conexão simples e monte os dendogramas de distâncias e similaridades para as amostras. Compare os resultados. Amostra s Variedade 1 Variedade 2 Variedade 3 Variedade 4 Variedade 5 1 7 9 10 17 29 2 5 12 14 12 35 3 3 8 20 15 37 4 8 7 8 14 26 5 2 11 5 19 34 3) Os alunos de química da UFPA com o auxilio de seu professor analisaram dois tipos de aguardente, um tipo armazenado em barris de vidro e o outro armazenados em barris de carvalho. Foram analisados os seguintes 72 compostos, Acetaldeido e compostos Fenólicos. Com bases na tabela abaixo compare as concentrações desses compostos através de Boxplots. Barris de Carvalho Concentração Tempo (meses) Compostos Fenólicos Acetaldeido 0 5,63 7,63 6 31,01 7,97 12 35,90 8,41 18 38,18 8,86 24 44,01 8,92 Barris de Vidro Concentração Tempo (meses) Compostos Fenólicos Acetaldeido 0 5,63 7,63 6 3,70 8,00 12 3,09 8,13 18 3,30 8,12 24 3,45 8,14 73 Módulo I - Apêndice 1: Gráficos e Tabelas GRÁFICOS E TABELAS Fatos ou fenômenos da natureza podem se representados de várias formas e diferentes linguagens. E duas dessas linguagens são os gráficos e tabelas. As informações tabeladas podem ser facilmente representadas através de gráficos ou vice-versa sendo que a função de ambos é expor de maneira simples e resumida as informações de determinado fato. Uma tabela tem a vantagem de poder apresentar todos os dados mesmo que sejam diferentes em seus valores. Já um gráfico tem a vantagem de tornar visível não só os dados, mas também o comportamento das grandezas ou dados envolvidos no fato ou fenômeno a ser tratado. Neste texto serão abordadas algumas regras simples para construção de gráficos e tabelas. TABELAS Passos para Construção de Tabelas 1. Uma tabela pode ser representada na forma horizontal ou vertical, dependendo número de grandezas ou dados a serem representados; 2. Os números devem vir preferencialmente na forma inteira, mas quando estiverem na forma decimal pode-se usar notação científica; 3. Deve contar no espaço superior da tabela um título informando de forma sucinta o esta representa; 4. O topo da tabela deve representar as grandezas por meio de símbolos e entre parênteses a sua unidade; 5. Inclua totais de linhas e/ou colunas para facilitar as comparações; 6. Ordene colunas e/ou linhas quando possível. Se não houver impedimentos, ordene-as segundo os valores, crescente ou decrescentemente; 7. Tente trocar de orientação (linhas por colunas) para melhorar a apresentação. É mais fácil fazer comparações ao longo das linhas do que das colunas; 74 8. Altere a disposição e o espaçamento das linhas e colunas para facilitar a leitura. Inclua um maior espaçamento a cada grupo de linhas e/ou colunas em tabelas muito extensas. 9. Não analise a tabela descrevendo-a, mas sim comentando as principais tendências sugeridas pelos dados. Por exemplo: Tabela 1: Concentração Ferro (g/mL) presente em amostras do Rio Tocantins em mL. [Fe] (g/mL) Amostras (mL) % 2 30 25,00 10 40 33,33 18 50 41,67 Total 120 100 Interpretações: Pela Tabela 1 podemos perceber que quanto maior a amostra das águas do Rio Tocantins maior é a concentração de Ferro presente nas mesmas. Como fazer Tabelas Usando o Programa Word? 1. Abra o programa Word e na barra de ferramentas clic em Tabela. Em seguida clic em Inserir e, por fim, em Tabela; 2. Determine o tamanho da tabela ou peça autoformatação e clic em OK; 75 3. Finalmente sua tabela está pronta. Basta inserir os valores que irão compor sua tabela; 4. Para aperfeiçoar sua tabela, pode-se formatá-la. Clic na barra de ferramenta em Tabela e em seguida na opção Desenhar tabela; 5. Utilize a caixa de ferramentas Tabelas e bordas para formatar sua tabela. 76 GRÁFICOS Os gráficos não seguem somente um comportamento linear. Eles podem ter comportamento exponencial, logaritmo, correlaciona. Isto depende das varáveis, grandezas e dados estudados. Serão descritos a seguir três tipos de gráficos muito utilizados em estatística (gráficos de barra e coluna, gráficos de linhas e gráficos de setores ou pizza). Gráficos de barras / colunas: é usado para apresentar séries cronológicas, geográficas e categóricas. Um gráfico de barras ilustra comparações entre itens individuais. As categorias são organizadas verticalmente e os valores horizontalmente para focalizar a comparação de valores e para dar menos ênfase ao tempo. 77 É adequado quando as variáveis forem qualitativas ou quantitativas discretas. Vendas de Petróleo (em R$ milhares/ano) 0 50 100 150 200 Extremo Oriente América do Sul Europa Interpretações do Gráfico: As vendas de petróleo por ano no Extremo Oriente ultrapassam as vendas na Europa e a América do Sul teve uma quantidade menor de vendas anual. Um gráfico de colunas exibe as alterações dos dados em um período de tempo ou ilustra comparações entre itens. As categorias são organizadas horizontalmente e os valores verticalmente para enfatizar a variação ao longo do tempo. Qtd. de Cloro em % amostras de águas 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 Amostras Interpretações do Gráfico: o gráfico revela que a amostra de água 2 apresenta maior quantidade de cloro dissolvido com, aproximadamente, 58%. Gráficos de linhas: é usada para apresentar séries cronológicas. Representa observações feitas ao longo do tempo, em intervalos iguais ou não. Mostra a tendência dos dados no decorrer do tempo. No eixo vertical 78 descreve-se o valor observado para a variável e não a freqüência. A variável deve ser quantitativa. Qtd. de Cloro (%) em amostras de água do Rio Tocantins 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 Local de coleta Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Interpretações do Gráfico: No primeiro ponto de coleta as amostras 2 e 3 apresentaram uma quantidade de cloro aproximadamente igual, já a amostra 1 tinha uma quantidade de Cl levemente maior. No segundo ponto de coletaa quantidade de cloro presente na amostra 3 caiu bruscamente. No ultimo ponto de coleta, as amostras 1 e 3 apresentam % de Cl quase iguais. E a mostra 2, no ponto de coleta 4, tem quantidade de cloro superior as demais amostras. Gráfico de setores (pizza): Um gráfico de pizza mostra o tamanho proporcional de itens que compõem uma seqüência de dados à soma dos itens. Ele sempre mostra apenas uma seqüência de dados e é útil quando você deseja enfatizar um elemento importante. 79 Interpretações do Gráfico: As informações contidas no gráfico revelam que formam vendidas mais unidades de sanduíches, enquanto que as sopas apresentaram menor número de unidades vendidas. Passos para Construção de Gráficos 1. Desenhar o plano cartesiano (X, Y) e associar aos eixos X e Y as grandezas ou dados estudados; 2. Estabelecer um título de fácil entendimento; 3. Nomear eixos. 4. Observar o comportamento do gráfico para fazer as possíveis interpretações. Como Fazer Gráficos Usando o Programa Excel? 1. Abra o programa Excel e em colunas diferentes e paralelas insira os dados referentes aos eixos X e Y. Dê nomes aos eixos; 80 Na primeira linha estão dispostos os parâmetros físico-químicos utilizados para avaliar a qualidade da água de três lagos distintos. E na segunda linha, as suas unidades. A qualidade dos mesmos será determinada por comparação a padrões pré – estabelecidos, neste caso os padrões dispostos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA. É o órgão consultivo e deliberativo do Sistema Nacional do Meio Ambiente-SISNAMA, foi instituído pela Lei 6.938/81, que dispõe sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, regulamentada pelo Decreto 99.274/90.* 13 Unidades dos parâmetros parâmetros *Fonte: Site do CONAMA: http://www.mma.gov.br/port/conama/estr.cfm 81 2. Selecione todos os dados que irão compor o gráfico e na barra de ferramentas, clic em Inserir e selecione o tipo de gráfico desejado, neste caso para melhor comparação dos dados será utilizado um gráficos de barras; 3. Após selecionar o gráfico desejado clic nos eixos x e y e dê nome aos mesmos, ajuste a legenda e crie um título para seu gráfico; 82 Para as interpretações do gráfico verifique quais parâmetros estão de acordo com o observado pelos dados pré – estabelecidos, neste exemplo: CONAMA. E atribua interpretações as possíveis variações existentes entre os dados coletados e os padronizados. Lembre-se ainda que os dados representados em um gráfico podem ter cunho comparativo, como foi construído acima, verificar o crescimento ou decaimento de uma determinada variável em relação a outra, sendo que esta variação pode ser linear, exponencial, logaritmo, etc. 83 RESPOSTAS DOS EXERXÍCIOS DE APLICAÇÃO Estatística Descritiva 1. Umidade Cinzas Média= 88,46 Média= 1,87 Desvio Padrão= 0,67 Desvio Padrão= 0,25 CV= 0,75 CV= 13,87 Q1(25%)=88,49 Q1(25%)=1,74 Q2(50%)= 88,63 Q2(50%)=1,84 Q3(75%)=88,70 Q3(75%)=2,13 d = Q3-Q1 = 0,21 d = Q3-Q1 = 0,39 Máx: Q3+1,5d= 89,015 Máx: Q3+1,5d=2,72 Mín: Q1- 1,5d = 88,18 Mín: Q1- 1,5d = 1,16 2. Fw Imaturos Fw Maturos Média= 57,02 Média= 83,53 Desvio Padrão=9,97 Desvio Padrão=34,42 CV= 17,48 CV= 41,20 Q1(25%)=48,4 Q1(25%)=63 Q2(50%)=59,90 Q2(50%)=72,2 Q3(75%)=63,5 Q3(75%)=105,4 d = Q3-Q1 = 15,1 d = Q3-Q1 =42,4 Máx: Q3+1,5d= 86,15 Máx: Q3+1,5d=169 Mín: Q1- 1,5d = 25,73 Mín: Q1- 1,5d = -0,6 3. Imaturos Maduros Média= 43,04 Média= 59,96 Desvio Padrão=12,83 Desvio Padrão=12,79 CV= 29,80 CV= 21,34 Q1(25%)=34,3 Q1(25%)=51,5 Q2(50%)=38,1 Q2(50%)=56,70 Q3(75%)=52,5 Q3(75%)=58,9 d = Q3-Q1 = 18,2 d = Q3-Q1 =7,4 Máximo= 79,8 Máximo=70 Mínimo = 7,1 Mínimo= 40,4 84 4. Para abelhas com ferrão pH Acidez livre Umidade HMF 3,57 18,52 10,63 8,10 3,84 19,52 16,26 10,36 3,84 23,00 18,14 10,75 4,20 69,95 20,00 16,47 X 3,86 32,75 16,26 11,42 Md 3,84 21,26 17,20 10,56 Para abelhas sem ferrão pH Acidez livre Umidade HMF 3,40 15,4 22,47 0,00 3,54 15,22 22,80 18,27 3,85 3,47 27,37 19,63 4,20 52,56 28,00 21,93 X 3,75 21,66 25,16 14,96 Md 3,70 15,31 25,09 18,95 Cálculos estatísticos para construção dos Box-Plots Para abelhas com ferrão. Parâmetros pH Acidez Umidade HMF Q1(25%) 3,71 19,02 13,45 9,14 Q2(50%) 3,84 21,26 17,20 10,56 Q3(75%) 4,02 46,48 19,07 13,61 d = Q3-Q1 0,31 27,46 5,62 4,38 Mín: Q1- 1,5d 3,25 -22,17 5,02 2,66 Máx:Q3+1,5d 4,49 87,67 27,50 20,18 Para abelhas sem ferrão. Parâmetros pH Acidez Umidade HMF Q1(25%) 3,47 9,35 22,64 9,13 Q2(50%) 3,70 15,31 25,09 18,95 Q3(75%) 4,03 33,98 27,69 20,78 d = Q3-Q1 0,56 24,63 5,05 11,65 Mín: Q1- 1,5d 2,63 -27,60 15,07 -8,35 Máx:Q3+1,5d 4,87 70,93 35,26 38,26 85 5. Para peixes médios Pb Zn Cd 0,05 20,19 0,54 0,05 20,43 0,83 0,09 21,77 1,31 0,19 23,36 1,41 Para peixes grandes Pb Zn Cd 0,00 13,35 0,33 0,01 15,88 0,62 0,06 17,94 0,70 0,54 22,21 0,94 [Pb] para peixe médio Q1(25%)=0,05 Q2(50%)=0,07 Q3(75%)=0,14 d = Q3-Q1 = 0,09 Máx: Q3+1,5d= 0,28 Mín: Q1- 1,5d = -0,085 [Pb] para peixe grande Q1(25%)=0,005 Q2(50%)=0,035 Q3(75%)=0,3 d = Q3-Q1 = 0,295 Máx: Q3+1,5d=0,74 Mín: Q1- 1,5d = -0,44 [Zn] para peixe médio Q1(25%)=20,31 Q2(50%)=21,1 Q3(75%)=22,57 d = Q3-Q1 = 2,26 Máx: Q3+1,5d= 25,96 Mín: Q1- 1,5d = 16,92 [Zn] para peixe grande Q1(25%)=14,61 Q2(50%)=16,91 Q3(75%)=20,08 d = Q3-Q1 = 5,47 Máx: Q3+1,5d=28,28 Mín:Q1-1,5d=6,41 [Cd] para peixe médio Q1(25%)=0,69 Q2(50%)=1,07 Q3(75%)=1,36 d = Q3-Q1 = 0,67 Máx: Q3+1,5d= 2,37 Mín: Q1- 1,5d = -0,32 [Cd] para peixe grande Q1(25%)=0,48 Q2(50%)=0,66 Q3(75%)=0,82 d = Q3-Q1 = 0,34 Máx: Q3+1,5d=1,33 Mín: Q1- 1,5d = -0,03 86 6. Regressão Linear 1. rxy = 0,866 ; to = 2,999648 ; CD = R 2 = 74,9956% Equação da reta : Yi = 0,08947Xi + 0,01186. 2. rxy = 0,717 ; to = 1,781564 ; CD = R 2 = 51,4089% Equação da reta : Yi = 0,5579Xi + 0,08242. 3. rxy = 1 ; to = 0 ; CD = R 2 = 100% Equação da reta : Yi = 1,171Xi - 0,6626. 4. rxy = - 0,551 ; to = - 1,32054 ; CD = R 2 = 30,3601% Equação da reta : Yi = - 0,08714Xi + 86,98. 5. rxy = 0,907 ; to = 4,307452 ; CD = R 2 = 82,2649% Equação da reta : Yi = 0,06151Xi - 0,03395. 6. rxy = 0,962; to = 4,982517 ; CD = R 2 = 92,5444% Equação da reta : Yi = 0,04139Xi – 78,24. Comprimento Largura Espessura Média 2,48 1,95 1,15 D. P. 0,31 0,23 0,19 CV 12,5 11,8 16,52 Mínimo 2,1 1,6 0,9 Q1 2,2 1,9 1,1 Q2 2,5 1,95 1,1 Q3 2,7 2,2 1,2 Máximo 2,9 2,2 1,5 d 0,5 0,3 0,1 87 Exercício Cluster 1. a) Cálculo das distâncias d 1,2= 1,24 d 1,3= 3,44 d 1,4= 7,40 d 1,5= 8,76 d 2,3= 3,13 d 2,4= 6,40 d 2,5=7,83 d 3,4=6,95 d 3,5=8,37 d 4,5=1,69 b) Cálculo da Conexão Simples 13,3 32,1 d 40,6 42,1 d 83,752,1d 36,8,35,4d Distância Máxima 40,6, 5,42,1d Similaridade Grupo 1,2= 80% Grupo 4,5 = 73% Grupo 1,2 4,5 = 0% 88 2. a) Cálculo das distâncias d 1,2= 4,98 d 1,3=13,60 d 1,4= 5,19 d 1,5= 9,11 d 2,3= 8,30 d 2,4= 12,44 d 2,5=11,87 d 3,4=17,08 d 3,5= 16,12 d 4,5= 12,24 b) Cálculo da Conexão Simples 60,13 13,2 d 08,17 43,2 d 10,16 53,2 d 11,9, 51,4d Distância Máxima 60,13, 1,43,2d Fórmula da similaridade: Grupo 2,3= 39% Grupo 4,1 =62 Grupo 2,3 4,1 = 0% 89 BIBLIOGRAFIA 1. Estatística Aplicada. São Paulo: Editora Saraiva, 2003. DOUGLAS DOWNING & JEFFREY CLARK. 2. Estatística Aplicada. Porto Alegre: Bookman, 2000. JOHN E. FREUND & GARY A. SIMON. 3. Introdução Ilustrada à Estatística. São Paulo: Editora Harbra, 1998. SÉRGIO FRANCISCO COSTA. 4. ALDRIGUE, M. L. Caracterização física, química e físico-química do cajá (Spondias lutea L.). In: SEMINÁRIO AGROPECUÁRIO DO ACRE, 2., 1986, Rio Branco. Anais. Brasília: Embrapa-UEPAE de Rio Branco, 1988.p. 323-327. 5. BOSCO, J.; SOARES, K. T.; AGUIAR FILHO, S. P. de; BARROS, R. V. A cultura da cajazeira. João Pessoa: Emepa, 2000. 229 p. (Documentos, 28). 6. Li, W; Cheng-Hui, ZH; Wei, L; Guang-Quin, G. Relationship between tissue culture and agronomic traits of spring wheat. Plant Science. v.164, 1079-1085p., 2003.