Mathematische und statistische Methoden II

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1 Methodenlehre e e Prof. Dr. G. Meinhardt 6. Stock, Wallstr. 3 (Raum ) Sprechstunde jederzeit nach Vereinbarung und nach der Vorlesung. Mathematische und statistische Methoden II Dr. Malte Persike persike@uni-mainz.de SS 2010 Fachbereich Sozialwissenschaften Psychologisches Institut Johannes Gutenberg Universität Mainz

2 Methodenlehre Mengelehre Variablen Merkmale, deren Werte bei den statistischen Einheiten beobachtet werden, heißen Variablen Die Werte, die ein Merkmal bzw. eine Variable annehmen kann, heißen Ausprägungen oder Realisationen Die Ausprägungen eines Merkmals können beliebiger Art sein (z.b. Worte, Formen, Farben etc.) Eine Variable wird definiert, indem den Ausprägungen des Merkmals Zahlen zugeordnet werden. 2 Merkmal 5 Variable

3 Methodenlehre Mengelehre Wir haben bereits eine Unterscheidung von Typen von Variablen anhand der Art der Daten kennen gelernt. Eine diskrete Variable besitzt zumeist endlich viele und feste Ausprägungen, die man über Ganzzahlen beschreiben kann Dichtome Variablen haben genau zwei diskrete Ausprägungen Polytome Variablen haben mehr als zwei diskrete Ausprägungen Eine kontinuierliche (stetige) Variable kann (unendlich viele) beliebige bi Ausprägungen annehmen, die man über reelle Zahlen beschreibt

4 Methodenlehre Mengelehre Eine feinere Unterscheidung qualitativer und quantitativer Variablen wird über geleistet. Verhältnisskala l (Ratioskala) Absolutskala Der Informationsgehalt nimmt von der zur Absolutskala hin zu Bei Messungen kognitiver Merkmale kommen die Verhältnis- und die Absolutskala so gut wie nie vor

5 Methodenlehre Mengelehre Definition Bei einer werden den Realisationen einer Variablen Zahlen mit dem Ziel zugeordnet, Kategorien zu unterscheiden Die Zahlen selbst sind nicht interpretierbar Die Anwendung mathematischer Operationen auf die Werte einer nominalskalierten Variablen ist unter bestimmten Voraussetzungen möglich, aber zumeist nicht sinnvoll.

6 Methodenlehre Mengelehre Beispiele Konstitutionstypen a) Leptosomer Typ b) Athletischer Typ c) Pyknischer Typ Temperamentstypen

7 Methodenlehre Mengelehre Zulässige Transformationen Zulässige Transformationen sind eineindeutige Abbildungen, so dass die Unterscheidbarkeit der Werte erhalten bleibt.

8 Methodenlehre Mengelehre Definition Bei einer können die Realisationen einer Variablen geordnet werden Die Zuordnung der Zahlen zu den Ausprägungen spiegelt die Ordnung wieder Abstände zwischen den Zahlen können nicht interpretiert werden Die Anwendung von Rechenoperationen auf die Werte einer ordinalskalierten Variablen ist unter bestimmten Voraussetzungen erlaubt, aber im Allgemeinen eher wenig sinnvoll

9 Methodenlehre Mengelehre Beispiel Social Penetration Theory von Altman und Taylor (1958) (I) Orientierungsstadium: Sozial erwünschte Normen und Verhaltensschemata werden ausgetauscht (z.b. Smalltalk) (II) Exploratorisch-affektives affektives Stadium: Partielle Öffnung der eigenen Einstellungs- und Wahrnehmungswelt gegenüber dem Anderen im Hinblick auf private, vor allem aber berufliche und weltanschauliche Inhalte. Weiterhin vorsichtige Prüfung der Interaktionsformen ( Bekanntschaftsphase ). h (III) (IV) (V) Affektives Stadium: Intensiver und möglicherweise kritischer Austausch über private und persönliche Themen. Körperliche Zuwendung wie Berühren und Küssen. Stabiles Stadium: Die Beziehung erreicht ein Plateau, persönliche Inhalte sind geteilt, Verhalten und Emotionen des Anderen vorhersagbar. Depenetration: Zusammenbruch und mögliches Ende der Beziehung, Überwiegen von Kosten gegenüber dem Nutzen.

10 Methodenlehre Mengelehre Zulässige Transformationen Zulässig sind alle streng monotonen Transformationen, so dass die Rangordnung der Werte erhalten bleibt.

11 Methodenlehre Mengelehre Kritische Betrachtung Bei Ordinalskalen l und höheren können Intransitivitäten auftreten Intransitivität = Eine angenommene Ordnung gilt nicht für bestimmte einzelne Paarungen Beispiel: Nahrungskette in chinesischen Restaurants Mensch Hund Ratte Mensch (nach Glutamatvergiftung) Lösungen: Annahme eines niedrigeren, Einführung neuer Skalenstufen

12 Methodenlehre Mengelehre Definition Es wird eine Einheit definiert Es existiert kein natürlicher Nullpunkt Verhältnisse zwischen Differenzen können verglichen werden Wird am häufigsten in empirischen psychologischen Untersuchungen angenommen

13 Methodenlehre Mengelehre Beispiel Attitudes Toward Housecleaning Scale von Ogletree, Worthen, Turner & Vickers (2006). Ihre Aufgabe ist es, ihre Gefühle gegenüber jeder Aussage dahingehend zu kennzeichnen, ob sie (1) stark zustimmen, (2) etwas zustimmen, (3) weder zustimmen noch ablehnen, (4) etwas ablehnen oder (5) stark ablehnen. Bitte verdeutlichen Sie Ihre Meinung dadurch, dass sie entweder 1, 2, 3, 4 oder 5 auf dem Antwortblatt schwärzen. Einen Stapel dreckigen Geschirrs über Nacht im Spülbecken liegen zu lassen finde ich ekelhaft. Ich finde Staubwischen entspannend. Den Müll rauszubringen macht mir Spaß Frauen sollten die primäre Verantwortung für die Hausarbeit übernehmen. Eine unordentliche Wohnung zu haben macht mir nichts

14 Methodenlehre Mengelehre Zulässige Transformationen Zulässig sind alle linearen en Transformationen, so odass die Verhältnisse zwischen Differenzen erhalten bleiben.

15 Methodenlehre Mengelehre Zulässige Transformationen

16 Methodenlehre Mengelehre Kritische Betrachtung Die bekanntesten und am meisten verbreiteten statistischen Verfahren setzen eine voraus Der Umgang mit niedrigeren ist mathematisch ti h oftmals weitaus komplexer Die ungeprüfte Annahme der in psychologischen Untersuchungen ist oft problematisch Beispiele: IQ-Skala, 7-Punkte Likert Skala, Becks Depressionsskala (BDI) 0 13: Keine bis minimale Depression 14 19: Milde Depression 20 28: Moderate Depression 29 63: Schwere Depression

17 Methodenlehre Mengelehre Verhältnisskala Definition Bei der Verhältnisskala wird eine Einheit definiert Es existiert ein natürlicher Nullpunkt Verhältnisse zwischen Werten können verglichen werden Wird kaum in empirischen psychologischen Untersuchungen angenommen

18 Methodenlehre Mengelehre Verhältnisskala Zulässige Transformationen Zulässig sind alle Ähnlichkeitstransformationen, so odass die Verhältnisse zwischen Werten erhalten bleiben.

19 Methodenlehre Mengelehre Absolutskala Definition Bei der Absolutskala ist die Einheit natürlich vorgegeben Es existiert ein natürlicher Nullpunkt Werte können direkt interpretiert werden Wird kaum in empirischen psychologischen Untersuchungen angenommen Es existieren keine erlaubten Transformationen

20 Methodenlehre Mengelehre Zusammenfassung

21 Methodenlehre Mengelehre Einfacher Entscheidungsbaum Skala Sind Ausprägungen g Nominal unterscheidbar? Gibt es eine Ordnung? Ordinal Haben die Ausprägungen gleiche Abstände? Intervall Existiert ein natürlicher Nullpunkt? Verhältnis Existiert eine natürliche Einheit? Absolut

22 Methodenlehre Mengelehre Beispiele Mündliche Schulnoten, Note in der Statistikklausur Punkte in einem Multiple Choice Test zum Wortschatzumfang Aus diesem Punktwert berechneter verbaler IQ Adipositas (ja/nein) Geburtsort Von Multipler Sklerose betroffene Hirnregionen Anhand eines Sehtests gemessene Sehfähigkeit (in %) Aus der Sehfähigkeit ermittelte Berufseigung zum Piloten (geeignet/ungeeignet) Rasse Länge des Ringfingers

23 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Venn- Diagramme Operationen Mengenlehre, naive Definition einer Menge nach Cantor (1895) Unter einer 'Menge'' verstehen wir jede Zusammenfassung M von bestimmten wohlunterschiedenen Objekten m unserer Anschauung oder unseres Denkens (welche die 'Elemente' von M genannt werden) zu einem Ganzen. Schreibe: Somit auch: m M m M N Definition einer Menge: Extensional: M = {1, 3, 5, 7, 9} Intensional: M = {m ungerade natürliche Zahl < 10} lies: gegeben, dass

24 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Venn- Diagramme Mengenlehre, naive Mächtigkeit und Identität von Mengen M ist die Mächtigkeit einer Menge und bezeichnet ei die Anzahl der Elemente in der Menge. Operationen Bei der extensionalen Definition einer Menge sind die Anzahl gleicher Elemente und auch die Reihenfolge von Elementen gleichgültig. M 1 = {1, 3, 5, 7, 9} M 2 = {3, 7, 1, 9, 5} M 3 = {1, 1, 1, 3, 5, 5, 7, 9, 9} Die Menge der Mächtigkeit 0 ist die leere Menge M = { } bzw. M = sind dieselbe Menge der Mächtigkeit M = 5.

25 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Venn- Diagramme Mengenlehre, naive Mengen und Teilmengen Ist eine Menge A eine Teilmenge von B, so gilt für jedes a Є A auch a Є B. Operationen Dann schreibt man: A B Gilt A B und auch B A, so sind A und B gleich. Dann schreibt man: A = B Ambiguität: A B schließt A = B nicht aus. Nur wenn hier nicht B A gilt, ist A eine echte Teilmenge von B. Dann schreibt man: A B

26 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Venn- Diagramme Mengenlehre, naive Venn-Diagramme Jede Menge M 1 i und alle Beziehungen zwischen diesen Mengen sind durch einen Kreis repräsentiert. Operationen A B A B A B und B A B A A = B A B

27 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Venn- Diagramme Mengenlehre, naive Die Potenzmenge Eine Potenzmenge P(M) ist die Menge aller möglichen Teilmengen von M plus der leeren Menge. Formal: A P(M) genau dann, wenn A M Operationen Beispiel: Ergebnisse eines einmaligen Münzwurfs M={K {K, Z, S} P(M) = {, {K}, {Z}, {S}, {K,Z}, {K,S}, {Z,S}, {K,Z,S}} Die Mächtigkeit einer Menge M sei M = n. Dann gilt für die Mächtigkeit der Potenzmenge: P(M) = 2 n

28 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Mengenlehre, naive Mengenoperationen Venn- Diagramme Vereinigung von Mengen: A B Operationen (Durch-)Schnitt von Mengen: A B Differenz von Mengen: A \ B Komplementärmenge: A ( nicht A )

29 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Mengenlehre, naive Mengenoperationen Venn- Diagramme Vereinigung von Mengen: A B Operationen A B = {m m A oder m B} A B A B (Vereinigungsmenge)

30 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Venn- Diagramme Operationen Mengenlehre, naive Mengenoperationen (Durch-)Schnitt von Mengen: A B A B = {m m A und m B} A B A B (Schnittmenge)

31 Methodenlehre Mengelehre Grundlagen Mengenlehre, naive Mengenoperationen Venn- Diagramme Differenz von Mengen: A \ B Operationen A \ B = {m m A und nicht m B} A B A \ B (Differenzmenge)