Statistique descriptive
Le tableau statistique
- Présentation du cours
- Qu'est-ce que la statistique ?
- Population, variable, modalité
- Le tableau statistique
- Le regroupement en classes
- Une colonne, un graphique
- Les indicateurs de tendance centrale
- Les quantiles
- Les indicateurs de dispersion
- Les indicateurs de forme
- La concentration
- Croiser deux variables
- Distributions conjointe, marginales, conditionnelles
- La covariance
- Corrélation et droite d'ajustement
- Mise en œuvre sur R
- Mise en œuvre sur Python
Statistique descriptive
Chapitre 2 : Le tableau statistique
Le premier résumé
De 500 lignes à quelques lignes
Ce qu’on cherche à faire
Les données brutes sont une liste : salarié 1, salarié 2, … salarié 500. Elle contient toute l’information et n’en délivre aucune.
Le tableau statistique regroupe les individus qui partagent la même modalité et ne retient que les comptages. On perd l’identité des individus ; on gagne une vue d’ensemble.
Le principe
On passe d’une liste de n individus à un tableau de k lignes, où k est le nombre de modalités — et k est toujours beaucoup plus petit que n.
Le dépouillement, à la main
Le diplôme des 20 premiers salariés du fichier
Bac+5, Bac, Bac, Bac+2, Bac+5, Bac+2, Bac, Bac+2, Bac+5, Bac+5, Bac, Bac+5, Bac+2, Bac+5, Bac+5, Bac, Bac+5, Bac, Bac+2, Bac+5.
On compte chaque modalité, puis on vérifie que le total redonne 20 :
| Diplôme | Comptage | n_i |
|---|---|---|
| Bac | IIIII I | 6 |
| Bac+2 | IIIII | 5 |
| Bac+5 | IIIII IIII | 9 |
| Total | \mathbf{20} |
Vingt lignes ne sont pas cinq cents
Ici 45\,\% de Bac+5, contre 21\,\% dans l’ensemble du fichier : les vingt premières lignes ne résument pas l’entreprise. Le tableau décrit les individus comptés, et eux seuls.
Les cinq colonnes
L’anatomie du tableau
Effectif et fréquence
Effectif
L’effectif n_i de la modalité x_i est le nombre d’individus qui la possèdent.
\sum_{i=1}^{k} n_i = n
Fréquence
La fréquence f_i est la part relative de la modalité :
f_i = \frac{n_i}{n} \qquad\text{avec}\qquad 0 \leq f_i \leq 1 \quad\text{et}\quad \sum_{i=1}^{k} f_i = 1
Multipliée par 100, elle donne un pourcentage.
Pourquoi les deux colonnes
Combien, et quelle part
L’effectif dit combien, la fréquence dit quelle part.
L’effectif est indispensable pour juger de la fiabilité : une modalité à 80\,\% calculée sur 5 individus ne vaut rien. La fréquence est indispensable pour comparer deux populations de tailles différentes.
Les deux vérifications systématiques
La somme des effectifs vaut n, la somme des fréquences vaut 1. Ces deux contrôles détectent la quasi-totalité des erreurs de saisie.
Les cumuls
Effectif et fréquence cumulés croissants
N_i = \sum_{j \leq i} n_j \qquad\qquad F_i = \sum_{j \leq i} f_j = \frac{N_i}{n}
N_i répond à : combien d’individus ont une valeur inférieure ou égale à x_i ?
Cumuls décroissants
N_i^{\downarrow} = n - N_{i-1} \qquad\qquad F_i^{\downarrow} = 1 - F_{i-1}
Ils répondent à : combien d’individus ont une valeur supérieure ou égale à x_i ?
Le cumul répond aux questions de seuil
La colonne la plus utile en pratique
Les questions d’un décideur ne portent presque jamais sur une modalité isolée. Elles portent sur des seuils :
- combien de salariés gagnent moins de 6\,000 dirhams ?
- quelle part de l’effectif dépasse dix ans d’ancienneté ?
- au-dessous de quel salaire se situe la moitié du personnel ?
Ces trois questions se lisent directement dans les colonnes cumulées. La troisième donne la médiane, et c’est ainsi qu’on la calculera au chapitre 6.
Rappel du chapitre 1
Cumuler suppose un ordre. La colonne N_i n’a donc aucun sens pour une variable nominale : cumuler « Tanger-Tétouan » et « Casablanca » ne veut rien dire. Elle a un sens pour une variable ordinale, discrète ou continue.
Le tableau, en pratique
Une variable nominale
La région de nos 500 salariés
| Région | n_i | f_i |
|---|---|---|
| Tanger-Tétouan | 180 | 0{,}360 |
| Casablanca | 137 | 0{,}274 |
| Rabat | 102 | 0{,}204 |
| Autres | 81 | 0{,}162 |
| Total | \mathbf{500} | \mathbf{1{,}000} |
Ni cumul, ni ordre imposé
Pas de colonne N_i : la région n’a pas d’ordre. On range alors les modalités par effectif décroissant, la modalité « Autres » en dernier : c’est la présentation qui se lit le plus vite.
Une variable ordinale
Le diplôme de nos 500 salariés
| x_i | n_i | f_i | N_i | F_i |
|---|---|---|---|---|
| Bac | 219 | 0{,}438 | 219 | 0{,}438 |
| Bac+2 | 174 | 0{,}348 | 393 | 0{,}786 |
| Bac+5 | 107 | 0{,}214 | 500 | 1{,}000 |
| Total | \mathbf{500} | \mathbf{1{,}000} |
Ce qu’on lit en trois secondes
Un peu moins de la moitié des salariés s’arrête au baccalauréat ; un sur cinq environ est titulaire d’un Bac+5. Les cumuls sont licites parce que le diplôme est ordinal : 78{,}6\,\% des salariés ont au plus un Bac+2.
Une variable quantitative discrète
L’ancienneté, valeurs groupées
| ancienneté | n_i | f_i | N_i | F_i |
|---|---|---|---|---|
| 0 à 4 ans | 82 | 0{,}164 | 82 | 0{,}164 |
| 5 à 9 ans | 180 | 0{,}360 | 262 | 0{,}524 |
| 10 à 14 ans | 139 | 0{,}278 | 401 | 0{,}802 |
| 15 à 19 ans | 66 | 0{,}132 | 467 | 0{,}934 |
| 20 ans et plus | 33 | 0{,}066 | 500 | 1{,}000 |
| Total | \mathbf{500} | \mathbf{1{,}000} |
La lecture par seuils
Plus de la moitié du personnel — 52{,}4\,\% — a moins de dix ans d’ancienneté ; un salarié sur quinze seulement en a vingt ou davantage. L’entreprise a beaucoup recruté récemment, et sa mémoire interne est concentrée sur peu de personnes.
Le cumul en escalier
Une fonction, pas seulement une colonne
F monte d’une marche à chaque valeur observée et reste plate entre deux : on y lit tous les seuils à la fois.
Trois questions, trois calculs
Avec les colonnes cumulées de l’ancienneté
| Question | Calcul | Réponse |
|---|---|---|
| Moins de 10 ans ? | F(9) | 52{,}4\,\% |
| Au moins 15 ans ? | 1 - F(14) | 19{,}8\,\% |
| De 5 à 14 ans ? | F(14) - F(4) | 63{,}8\,\% |
Les cumuls décroissants, sur le même tableau
| Au moins | 0 an | 5 ans | 10 ans | 15 ans | 20 ans |
|---|---|---|---|---|---|
| N^{\downarrow} | 500 | 418 | 238 | 99 | 33 |
| F^{\downarrow} | 1 | 0{,}836 | 0{,}476 | 0{,}198 | 0{,}066 |
Chaque F^{\downarrow} vaut 1 moins le F de la ligne précédente : 0{,}476 = 1 - 0{,}524.
Les erreurs classiques
Arrondis et non-réponses
Piège 1 : les fréquences qui ne somment pas à un
Presque toujours un arrondi. 0{,}438 + 0{,}348 + 0{,}214 = 1{,}000 ici, mais avec trois modalités à 33{,}3\,\% on obtient 99{,}9\,\%.
Ne jamais forcer le total. On signale l’arrondi en note de bas de tableau : c’est la pratique de tous les instituts statistiques.
Piège 2 : les non-réponses
Si 30 salariés n’ont pas indiqué leur diplôme, faut-il diviser par 500 ou par 470 ? Les deux se pratiquent, mais il faut le dire : fréquence brute sur n=500, ou nette, hors non-réponse, sur n=470. Un écart de 6\,\% sur le dénominateur est un écart de 6\,\% sur tous les résultats.
Le pourcentage sans base
Piège 3 : le pourcentage sans base
« Les ventes ont progressé de 200\,\% » : de 1 à 3 unités, ou de 1 million à 3 millions ?
Un pourcentage sans son effectif n’est pas une information. C’est le procédé rhétorique le plus courant dans la presse économique.
La règle professionnelle
Un tableau publié porte toujours, sous le titre :
- le champ (quelle population, quelle date) ;
- l’effectif total n ;
- la source ;
- la mention des non-réponses s’il y en a.
Sans ces quatre éléments, le tableau n’est pas exploitable — même si les chiffres sont exacts.
S’entraîner
Exercice 1 : un tableau à trous
Le nombre de pièces de 200 logements
Compléter le tableau, en justifiant chaque case.
| Pièces x_i | n_i | f_i | N_i | F_i |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 16 | |||
| 2 | 0{,}26 | |||
| 3 | 0{,}66 | |||
| 4 | 44 | |||
| 5 et plus | ||||
| Total | \mathbf{200} |
Puis : quelle part des logements a au moins trois pièces ?
Exercice 1 : solution
Le tableau complété
| Pièces x_i | n_i | f_i | N_i | F_i |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 16 | 0{,}08 | 16 | 0{,}08 |
| 2 | 52 | 0{,}26 | 68 | 0{,}34 |
| 3 | 64 | 0{,}32 | 132 | 0{,}66 |
| 4 | 44 | 0{,}22 | 176 | 0{,}88 |
| 5 et plus | 24 | 0{,}12 | 200 | 1{,}00 |
| Total | \mathbf{200} | \mathbf{1{,}00} |
La démarche
n_2 = 0{,}26 \times 200 = 52 ; N_3 = 0{,}66 \times 200 = 132, d’où n_3 = 132 - 68 = 64 ; le dernier effectif complète à 200 : n_5 = 200 - 176 = 24. Au moins trois pièces : 1 - F_2 = 1 - 0{,}34 = 66\,\%.
Exercice 2 : deux agences, deux tailles
La satisfaction des clients
Une banque interroge les clients de deux agences.
| Satisfaction | Agence de Tétouan | Agence de Casablanca |
|---|---|---|
| insatisfait | 6 | 72 |
| neutre | 10 | 108 |
| satisfait | 24 | 180 |
| Total | \mathbf{40} | \mathbf{360} |
- Quelle agence compte le plus de clients satisfaits ? Est-ce la bonne question ?
- Construire, pour chaque agence, les colonnes f_i et F_i.
- Dans quelle agence la part des clients au plus neutres est-elle la plus forte ?
- Quelle réserve faut-il formuler sur l’agence de Tétouan ?
Exercice 2 : solution
Les fréquences et leurs cumuls
| f_i Tétouan | F_i Tétouan | f_i Casa. | F_i Casa. | |
|---|---|---|---|---|
| insatisfait | 0{,}150 | 0{,}150 | 0{,}200 | 0{,}200 |
| neutre | 0{,}250 | 0{,}400 | 0{,}300 | 0{,}500 |
| satisfait | 0{,}600 | 1{,}000 | 0{,}500 | 1{,}000 |
Les réponses
- Casablanca (180 contre 24), mais elle a neuf fois plus de clients : on compare des fréquences.
- Voir le tableau : 60\,\% de satisfaits à Tétouan, 50\,\% à Casablanca.
- Au plus neutres : F_2 = 40\,\% à Tétouan, 50\,\% à Casablanca.
- Tétouan repose sur 40 réponses : un client de plus déplace les pourcentages de plus de deux points. L’effectif doit accompagner la fréquence.
Ce qu’il faut retenir
Le résumé du chapitre
Six points
- Le tableau statistique fait passer de n lignes à k lignes : c’est le premier résumé.
- Effectif n_i : combien. Fréquence f_i = n_i/n : quelle part. Les deux sont nécessaires.
- Cumuls N_i et F_i : ils répondent aux questions de seuil, et exigent un ordre.
- Une part comprise entre deux seuils se lit par différence de deux F ; une part au-dessus d’un seuil, par 1 - F.
- Deux contrôles systématiques : \sum n_i = n et \sum f_i = 1.
- Un tableau se publie avec son champ, son effectif et sa source.
La suite
Pour une variable continue, on ne peut pas énumérer les modalités : il faut les regrouper en classes. Et ce regroupement obéit à des règles précises, dont dépend la validité de l’histogramme. C’est le chapitre 3.
Ressources du chapitre
- Diapositives
- Polycopié du chapitre
- Exercices corrigés
- Application interactive
- — Vidéo
- QCM (bientôt)