THM Notes
BWL 1
VorlesungSoSe 2026

06 Statistik

01. April 2026BWL 1
Info
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BWL1: Grundlagen und Unternehmens- software
Beschreibende Statistik
Lernziele
▪ Sie können die Grundbegriffe der Statistik anwenden und von einander abgrenzen ▪ Sie können Lage- und Streumaße bestimmen und interpretieren ▪ Sie können Häufigkeitsverteilungen erstellen und analysieren ▪ Sie können Korrelationen bestimmen ▪ Sie sind in der Lage Regressionsanalysen durchzuführen
Statistik ist das Handwerkszeug in vielen Bereichen der BWL wie Marktforschung, Logistik, Controlling …
Beschreibende Statistik
Grundlagen Häufigkeits- Lage- & Zweidim- verteilungen Streumaße ensionale Häufigkeits- verteilungen
Korrelation & Regression
Ursprünge der Statistik
▪ Babylon (ca. 3.800 v. Chr.) ▪ Schätzung zur Erhebung von Steuern ▪ Schätzung, wie viele Soldaten ein Land bereit stellen kann. ▪ Griechische Antike ▪ Aufzeichnungen über Getreideeinfuhr und zollpflichtige Ware ▪ Römisches Reich ▪ regelmäßige Volkszählungen
Moderne Statistik
▪ John Graunt (17. JH) ▪ Analyse von Sterbe- und Geburtenraten ▪ Cardano, Pascal, Fermat (17. JH) ▪ Untersuchungen zu mathematischen Grundlagen im Glücksspiel ▪ Wahrscheinlichkeitsrechnung ▪ Kolmogorow (19. JH) ▪ Begründer der modernen Wahrscheinlichkeitsrechnung
Definition & Gebiete der Statistik
  1. Zusammenstellung von Daten → informatorische Fundierung von Entscheidungen Wahr-
  2. Methodenlehre Be- scheinlich- schreibende keits- → Herausfiltern von Statistik rechnung entscheidungsrelevanten Informationen aus den verfügbaren Daten
    Schließende Statistik
Missbrauch der Statistik
Traue keiner Statistik, die Du nicht selbst gefälscht hast. (vermeintlich Winston Churchill, wahrscheinlich Joseph Goebbels)
Quelle: Schwarze, Grundlagen d. Statistik
Beispiel für Fehlinterpretation
Umfrage unter Schülern und Schülerinnen „Das Internet bleibt als Informationsquelle Nr. 3 für Ausbildung und Studium stabil.“
Achtung: die Anzahl hat zwar nur um 3 (von 39 auf 36) abgenommen. Allerdings haben an der 2. Umfrage ca 30% mehr teilgenommen. Die Internetnutzung ist also im Vergleich zur ersten Umfrage erheblich gesunken.
Beispiel für Scheinkorrelation
Fehlinterpretation: Zusammenhang zwischen der Anzahl an Horstpaaren und den Geburten in Deutschland
Quelle: Statistisches Bundesamt
Ablauf statistischer Untersuchungen
Planung
Datengewinnung (Erhebung)
Datenaufbereitung
Statistische Analyse
Interpretation und Dokumentation
1. Planung
▪ Formulierung der Ziele der Untersuchung Planung
▪ Detaillierte Definition des Untersuchungsgegenstands ▪ Abgrenzung des Untersuchungsgegenstands ▪ Sachlich ▪ Räumlich ▪ Zeitlich ▪ Berücksichtigung von Vorgaben und eventuellen Randbedingungen
2. Datengewinnung (Erhebung)
▪ Primärerhebung (schriftlich oder mündlich) Datengewinnung ▪ Unmittelbar durch (Erhebung)
▪ Experiment ▪ Beobachtung ▪ Befragung
▪ Sekundärerhebung ▪ greift auf bestehende Daten zurück
Problematik: z.B. Fragestellung, ohne Antworten zu beeinflussen (Suggestivfragen)
3. Datenaufbereitung
▪ Erfassung der Daten Datenaufbereitung
▪ Kontrolle und eventuelle Fehlerkorrektur
▪ Ordnen der Daten für weitere Verarbeitung
▪ Eventuell erste Darstellung in Tabellen oder Grafiken
4. Statistische Analyse
▪ Auswertung und Analyse der Daten Statistische Analyse
▪ Anwendung mathematischer und statistischer Verfahren und Methoden
▪ z.B. Ermittlung von Mittelwerten und Häufigkeiten ▪ Untersuchung von Zusammenhängen
5. Interpretation & Dokumentation
▪ Präsentation der Ergebnisse Interpretation und Dokumentation
▪ Darstellung grafisch, tabellarisch oder in Einzelwerten
▪ Kommentierung der Daten
▪ Nutzbarmachung z.B. für Entscheidungsprozesse
Grundbegriffe der Statistik
▪ Merkmalsträger t (t=1,…,n) = Einzelobjekte einer statistischen Untersuchung ▪ Statistische Masse = Gesamtheit der Merkmalsträger ▪ Statistisches Merkmal = bei der statistischen Masse untersuchte Eigenschaft ▪ Beobachtungswerte (Merkmalswerte) xt (t=1,…, n) =bei den Merkmalsträgern festgestellte Ergebnisse ▪ Merkmalsausprägungen xi (i=1,...,m) = theoretisch mögliche Ergebnisse
Grundbegriff: Merkmalsträger (statistische Einheit)
Die statistische Einheit (Merkmalsträger) ist das Einzelobjekt einer statistischen Untersuchung. Sie ist Träger der Information(en), für die man sich bei der Untersuchung interessiert.
Identifikationskriterien für statistische Einheiten: • Sachlich • Räumlich • Zeitlich
Beispiele: ▪ Untersuchung der Abfüllmengen eines Automaten zum Füllen von Bierflaschen → statistische Einheit: die abgefüllten Bierflaschen
▪ Untersuchung der Lebensdauer von Autoreifen → statistische Einheit: die einzelnen Autoreifen
Beispiel Merkmalsträger (statistische Einheit)
Prognose des Wahlergebnisses einer Kommunalwahl in einer Stadt
→ statistische Einheit: der Bürger
Identifikationskriterien:
▪ Sachlich: wahlberechtigter Bürger
▪ Räumlich: Gebiet der Großstadt
▪ Zeitlich: Tag der Umfrage
Grundbegriff: Statistische Masse
Auch Grundgesamtheit, Population, Kollektiv, …
Eine statistische Masse ist eine Gesamtheit (Menge) von statistischen Einheiten mit übereinstimmenden Identifikationskriterien. Die sachlichen, räumlichen und zeitlichen Identifikationskriterien ergeben sich aus der Zielsetzung bzw. Aufgabenstellung der statistischen Untersuchung.
Beispiel:
Alle wahberechtigten Bürger einer Kommune
Rechenbeispiel: Statistische Einheit (Merkmalsträger) und statistische Masse (Grundgesamtheit)
Ermittlung der durchschnittlichen Studiendauer von Studierenden an öffentlichen deutschen Hochschulen bis zum Abschluss der ersten berufsqualifizierenden Prüfung (Diplom, Bachelor, Magister, Staatsexamen) im Jahr 2025.
Statistische Einheit (Merkmalsträger): ____________________ Statistische Masse (Grundgesamtheit): ____________________
Identifikationskriterien • Sachlich: ____________________ • Räumlich: ____________________ • Zeitlich: ____________________
Lösung: Statistische Einheit (Merkmalsträger) und statistische Masse (Grundgesamtheit)
Ermittlung der durchschnittlichen Studiendauer von Studierenden an öffentlichen deutschen Hochschulen bis zum Abschluss der ersten berufsqualifizierenden Prüfung (Diplom, Bachelor, Magister, Staatsexamen) im Jahr 2025.
Statistische Einheit (Merkmalsträger): Studierende Statistische Masse (Grundgesamtheit): Alle Studierenden
Identifikationskriterien • Sachlich: Arten der Abschlüsse • Räumlich: öffentliche deutsche Hochschulen • Zeitlich: Jahr 2025
Grundbegriff: Stichprobe
Eine Stichprobe ist eine nach bestimmten Methoden ausgewählte Teilmenge der Grundgesamtheit (Statistische Masse), die möglichst repräsentativ sein sollte. Wird bei einer statistischen Untersuchung nur ein Teil der interessierenden statistischen Masse erfasst, dann heißt dieser Teil Stichprobe.
Bemerkungen: ▪ Häufig ist die Untersuchung der Grundgesamtheit z.B. aus zeitlichen oder Kostengründen nicht möglich. Dann erfolgt die Untersuchung auf der Stichprobe. ▪ Mit welchen Fehlern können die Ergebnisse und Aussagen von der Stichprobe auf die Grundgesamtheit übertragen werden? ▪ Eine einfache Übertragung oder Verallgemeinerung von der Stichprobe auf die Grundgesamtheit ist unzulässig. ▪ Weiterführend in BWL1 nicht behandelt
Beispiel: ▪ Befragung einer „repräsentativen“ Anzahl von Wahlberechtigten für eine Wahlprognose.
Grundbegriff: Statistisches Merkmal (Beobachtungsmerkmal)
Eine bei einer statistischen Untersuchung interessierende Eigenschaft einer statistischen Einheit heißt Merkmal. Die statistischen Einheiten heißen auch Merkmalsträger.
Beispiele: a) Statistische Einheit: Student → Merkmale: Alter, Schulabschluss, Studienfach, Statistiknote, …
b) Statistische Einheit: Landwirtschaftlicher Betrieb → Merkmale: Ackernutzfläche, Rinderbestand, Umsatz, Anzahl Mitarbeiter, …
Grundbegriff: Merkmalswert (Beobachtungswert)
Eine bei einer statistischen Untersuchung an einer bestimmten statistischen Einheit festgestellte Merkmalsausprägung heißt Merkmalswert oder Beobachtungswert.
Bemerkung: Bei einer statistischen Analyse sind die (konkreten tatsächlichen) Merkmalswerte die Daten, die ausgewertet werden.
Beispiel: Merkmalswerte für Studierende eines bestimmten Kurses
Merkmale Schwerpunkt: Management, Medien, IT Alter: 20, 21, 24, 26 Semester: 3.
Grundbegriff: Merkmalsausprägungen
Die möglichen Ausprägungen (Werte oder Kategorien), die ein Merkmal annehmen kann, heißen Merkmalsausprägungen.
Bemerkung: Die Merkmalswerte sind eine Teilmenge der Merkmalsausprägungen.
Beispiele:
Merkmal Geschlecht: Ausprägungen: männlich, weiblich. Merkmal Studienfach: Ausprägungen: BWL, Jura, Wirtschaftsinformatik, … Merkmal Alter: Ausprägungen: 1, 2, 3, 4, 5, … , 20, 21, 22, … Merkmal Semester: Ausprägungen: 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., …. Merkmal Note: Ausprägungen: 1, 2, 3, 4, 5, (6) Merkmal Bundesland: Ausprägungen: NRW, Bayern, RLP, Hessen, …
Grundbegriff: Häufbarkeit
Merkmale sind häufbar
Bei manchen Merkmalen kann es vorkommen, dass einzelne Merkmalsträger mehrere Merkmalsausprägungen pro Merkmal aufweisen. Solche Merkmale nennen man häufbar.
Beispiele: Eigenschaften von häufbaren Merkmalen
▪ Können in einer Häufigkeitsverteilung dargestellt Doppelbeschäftigung werden Mehrere Wohnorte ▪ Können in Kategorien oder Klassen eingeteilt werden können, sodass man die Häufigkeit jeder Mehrere Staatsbürgerschaften Kategorie oder Klasse zählen kann. Mehrere Fahrzeuge ▪ Kategoriale als auch diskrete Merkmale sind typischerweise häufbar
Grundbegriff: Klassierung von Merkmalsausprägungen
Eine Klassierung (Zusammenfassung, Gruppierung) von Merkmalsausprägungen wird in der Statistik häufig vorgenommen, wenn die Anzahl der verschiedenen Merkmalsausprägungen zu einer unübersichtlichen Auswertung führt.
Beispiele:
▪ Umsatz (z.B. 100-200 Mio. €; 201-300 Mio €; …) ▪ Alter (z.B. 10-20;21-30;31-40; ..) ▪ Leistung eine Autos
Merkmalstypen der Statistik
auch kategorial
Quelle: Prof. Dr. M. Schmidt, THM FB Wirtschaft: Skript Statistik für BWL
Skalierungen I
Skala Beschreibung Beispiel Nominalskala einfache Aufzählung,keine Geburtsdatum, Farben, qualitativ Rangfolge Berufe Ordinalskala es besteht eine natürliche Schulnoten Rangfolge, aber die Abstände sind nicht qualitativ aussagefähig Intervallskala Differenz zwischen zwei Temperatur Angaben ist aussagefähig, quantitativ aber kein eindeutiger Null- punkt Verhältnisskala Verhältnis zwischen zwei Umsatz, Gewinn Werten ist quantitativ aussagefähig,ebenso der Nullpunkt
Quelle: Prof. Dr. M. Schmidt, THM FB Wirtschaft: Skript Statistik für BWL
Skalierungen II
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Beschreibende Statistik
Grundlagen Häufigkeits- Lage- & Zweidim- verteilungen Streumaße ensionale Häufigkeits- verteilungen
Korrelation & Regression
Häufigkeitsverteilung
Die grundlegende Aufbereitungsform statistischer Daten ist die Darstellung in Form einer Häufigkeitsverteilung. Beziehen sich die Daten auf nur ein Merkmal der statistischen Erhebung, so spricht man von einer eindimensionalen Häufigkeitsverteilung. Die Darstellungsform erfolgt typischerweise in tabellarischer oder grafischer Form.
Liegen mehrere Merkmale in der Urliste vor, so ergibt sich eine Datenmatrix, wobei sich jede Zeile auf einen Merkmalsträger und jede Spalte auf ein Merkmal bezieht. Der Inhalt einer Matrix-Zelle ist der jeweilige Beobachtungswert.
Erste typische Fragenstellungen sind für die Merkmale ▪ Anzahl der Merkmalsausprägungen ▪ Durchschnitt (Mittelwert) ▪ Summen ▪ Abweichungen
Beispiel einer Häufigkeitsverteilung
Beispiel: Personalerhebung Als Beispiel dient die Personaldatei eines kleinen Unternehmens. Für die Personalerhebung werden für die insgesamt n = 25 Beschäftigten (= Merkmalsträger) u.a. die folgenden Merkmale erfasst.
Merkmale für Personalerhebung: ▪ Personalnummer ▪ derzeitige Abteilungszugehörigkeit ▪ Ausbildung (höchster Schul- bzw. Hochschulabschluss) ▪ Jahr des Eintritts in die Firma ▪ derzeitiges monatliches (Brutto-)Gehalt
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Urliste Personalerhebung
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Bezeichnungen in einer Häufigkeitsverteilung
Am Beispiel: Personalerhebung
Symbol Bezeichnung Beispiel X Merkmal Abteilung xi Merkmalsausprägungen Finanzen, Vertrieb ni Absolute Ausprägungen Anzahl Vertriebsmitarbeiter n (oder m) Gesamtzahl der Elemente 25 (alle Mitarbeiter)
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Drei Arten von Häufigkeitsverteilungen
Häufigkeiten werden unterschieden in ▪ absolute Häufigkeiten ni 𝑚 Beispiel: Ein Unternehmen verkauft in einem Monat 500 𝑛𝑖 𝑖 = 1 … 𝑚 mit ෍ 𝑛𝑖 = 𝑛 Einheiten eines bestimmten Produkts. Die absolute 𝑖=1 Häufigkeit der Verkäufe beträgt 500.
▪ relative Häufigkeiten hi 𝑚 𝑛𝑖 Beispiel: In einer Umfrage geben 80 von 200 befragten ℎ𝑖 = mit ෍ ℎ𝑖 = 1 𝑛 𝑖=1 Kunden an, mit dem Service zufrieden zu sein. Die relative Häufigkeit der zufriedenen Kunden beträgt 0.4 (80 / 200). 𝑛𝑖 ▪ prozentuale Häufigkeiten ⋅ 100 𝑛 Beispiel: In einem Unternehmen sind von 100 Mitarbeitern im Durchschnitt 5 Mitarbeiter krankgeschrieben. Die prozentuale Häufigkeit der Abwesenheiten beträgt 5% (5 / 100 * 100). Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Beurteilung der Merkmale
Für jedes Merkmal wird die Anzahl der Ausprägungen, Skalierung und Merkmalsart bestimmt
Merkmal Anzahl der Merkmals- Skalierung Merkmalsart ausprägungen Abteilung 5 Nominalskala Qualitativ (z. B. Vertrieb, IT, HR, Produktion, Einkauf) Ausbildung 4 Ordinalskala Qualitativ (z. B. Bachelor, Master, Ausbildung, kein Abschluss) Eintrittsjahr 35 Intervallskala Quantitativ – diskret (z. B. 1995–2025) Bruttogehalt 100+ (z. B. in 100 €- Verhältnisskala Quantitativ – stetig Schritten)
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Tabellarische Darstellung relative Die tabellarische Darstellung eignet sich für qualitative Merkmale Häufigkeiten absolute Häufigkeiten
Nr. Merkmals- Strichliste Häufigkeiten ni hi ausprägungen xi 1 E: Entwicklung ||||| |||| 9 0.18 2 F: Finanzen ||||| || 7 0.14 9/50
3 G: Geschäftsführung ||||| |||| 9 0.18 4 S: Schulung ||||| |||| 9 0.18 5 T: Test/Anwendungen ||||| |||| 9 0.18 6 V: Vertrieb ||||| || 7 0.14 (Summe) 50 1.0
7/50 Gesamtzahl
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Darstellung als Säulendiagramm
Die Darstellung als Säulendiagramm eigenet sich für qualitative Merkmale. Hier mit relativen Häufigkeiten.
Säulendiagramm 0,2 0,16 0,12 0,08 0,04 0
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Darstellung als Kreisdiagramm
Die Darstellung als Kreisdiagramm zeigt die prozentualen Häufigkeiten
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Komparative Merkmale
▪ Komparative Merkmale weisen eine eindeutige Rangfolge auf und können daher der Größe nach aufsteigend sortiert werden. ▪ Beispiele: Schulnoten, Handelsklassen, Bonitätsrating ▪ Eine Häufigkeitsverteilung ist unimodal, wenn die Folge der Häufigkeiten nur ein relatives Maximum aufweist, sie ist multimodal, wenn die Folge mehrere relative Maxima aufweist.
Ein relatives Mehrere Maxima Maximum
Unimodale Verteilung Multimodale Verteilung Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Kumulierte komparative Merkmale
▪ Komparative Merkmale können aufgrund der Rangfolge (Sortierung) auch kumuliert (d.h. aufsummiert) dargestellt werden.
▪ Kumulierte absolute Häufigkeiten:
𝑖
𝑁𝑖 = ෍ 𝑛𝑘 = 𝑁𝑖−1 + 𝑛𝑖 𝑖 = 1…𝑚 𝑁0 = 0 𝑘=1
▪ Kumulierte relative Häufigkeiten:
𝐻𝑖 = ∑𝑖𝑘=1 ℎ𝑘 = 𝐻𝑖−1 + ℎ𝑖 (𝑖 = 1, … , 𝑚) 𝐻0 = 0
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Tabellarische Darstellung komparativer Merkmale
i xi ni hi Ni Hi 1 Mittlere 30 0.3 30 0.3 Reife 2 Abitur 25 0.25 55 0.55 3 Bachelor 20 0.2 75 0.75 4 Master 15 0.15 90 0.9 5 Promotion 10 0.1 100 1.0 Summe 100 1.0
Symbol Bezeichnung xi Merkmalsausprägungen ni Absolute Ausprägungen hi Relative Ausprägung n Gesamtzahl der Elemente Ni Kummulierte absolute Häufigkeit Hi Kummulierte relative Häufigkeit
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Säulendiagramm nicht kummuliert
Verteilung des Merkmals „Ausbildung“ mit relativen Häufigkeiten. Noch nicht kummuliert !
Verteilung des Merkmals Ausbildung 1 0,9 0,8
Häufigkeit 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Balkendiagramm kummulierter Merkmale
Verteilung des komparativen Merkmals „Ausbildung“ als kummulierte relative Häufigkeiten
Kumulierte Häufigkeiten der Ausbildungsstufen
Promotion
Master
Bachelor
Abitur
Mittlere Reife
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Zweidimensionale Häufigkeiten
Werden zwei Merkmale in einer statistischen Auswertung betrachtet, so heißt diese Statistik zweidimensionale Häufigkeitsverteilung. Die Summe in der Randzeile bzw. Randspalte nennt man Randverteilungen.
Alternative Bezeichnungen: ▪ Kontingenztabelle Merkmal ▪ Korrelationstabelle Geschlecht Randspalte ▪ Kreuztabelle (Marktforschung) ▪ Pivot-Tabelle (Excel)
Merkmal Abteilung
Randzeile
Kreuztabelle als „gestapeltes Säulendiagramm“
Streudiagramm
Möchte man eine eventuelle Beziehung zwischen zwei Merkmalen pro Merkmalsträger beobachten, so verwendet man Streudiagramme (auch Blasendiagramme).
Darstellung der Korrelation zwischen Eintrittsjahr und Gehalt als „Blasendiagramm“
Stetige Merkmale
Bei stetigen (oder quasi-stetigen) Merkmalen ist der Vergleich zwischen den einzelnen Werten sinnvoll. Zur Darstellung von solchen Zeitreihen verwendet man häufig Liniendiagramme.
Dax-Entwicklung der letzten 10 Jahre
Klassierung bei stetigen Merkmalen
▪ Bei stetigen quantitativen Merkmalen existieren i.d.R. sehr viele Merkmalsausprägungen (Umsatz pro Unternehmen, Bilanzsumme, Preis pro Fahrzeug, verkaufte Menge, …) ▪ Bei einer Auswertung der Häufigkeitsverteilung wären fast alle ni gleich 1. ▪ Für eine übersichtliche Darstellung der Häufigkeiten bildet man daher Klassen
Klassen:
Klassenmitten:
Klassenbreiten:
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Tabellarische Darstellung quantiatives stetiges Beispiel i Kᵢ = [aᵢ; bᵢ[ xᵢ wᵢ nᵢ hᵢ Hᵢ 1 [0; 3000[ 1500 3000 20 0.2 0.2 2 [3000; 5000[ 4000 2000 25 0.25 0.45 3 [5000; 7000[ 6000 2000 30 0.3 0.75 4 [7000; 10000[ 8500 3000 15 0.15 0.9 5 [10000; 20000[ 15000 10000 10 0.1 1.0 Summe 100 1.0
Symbol Bezeichnung xi Merkmalsausprägungen ni Absolute Ausprägungen Klasse von 10.000 inklusive wi Klassenbreite bis 20.000 exklusive hi Relative Ausprägung n Gesamtzahl der Elemente Ni Kummulierte absolute Häufigkeit Hi Kummulierte relative Häufigkeit
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Verteilung stetiger Merkmale
Ein Problem bei Klassierungen liegt im Informationsverlust, wo die einzelnen Beobachtungswerte in der Klasse liegen (verteilt sind). Übliche und plausible Annahmen zur Verteilung der Werte innerhalb einer Klasse sind: ▪ Einpunkt-Verteilung: Werte liegen auf einem Punkt in der Klassenmitte ▪ Rechteck-Verteilung: stetige gleichmäßige Verteilung (Streuung) in der Klassenbreite (Dichte der Beobachtungswerte durch Flächeninhalt gegeben).
Normierte relative Häufigkeit:
Einpunkt-Verteilung Rechteck-Verteilung
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Klassierungs-Funktionen
Die grafische Darstellung einer klassierten Häufigkeit erfolgt meist mittels eines Histogramms oder der klassierten empirischen Verteilungsfunktion.
Die zugehörige Histogrammfunktion lautet:
Die (stetige, monoton steigende) klassierte empirische Verteilungsfunktion lautet:
Es gilt folgender Zusammenhang: ▪ h*(x) ist die Ableitung von H(x) ▪ H(x) ist die Stammfunktion von h*(x) Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Histogrammfunktion für stetige Merkmale
Histogramm der Verteilung des Merkmals „Bruttogehalt“
Relative Häufigkeit
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Klassierte empirische Verteilungsfunktion
Empirische Verteilungsfunktion des Merkmals Bruttogehalt
100%
Kumulierte relative Häufigkeit
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Beschreibende Statistik
Grundlagen Häufigkeits- Lage- & Zweidim- verteilungen Streumaße ensionale Häufigkeits- verteilungen
Korrelation & Regression
Lagemaße & Streuungsmaße Aufgabe der statistischen Datenanalyse ist es, aus dem i.d.R. unübersichtlichen Datenmaterial (Urliste) die relevanten spezifischen Informationen herauszufiltern, die für ein zu lösendes Entscheidungsproblem benötigt werden. Die Daten werden entweder direkt aus den Beobachtungswerten oder aus den gruppierten bzw. klassierten Häufigkeitsverteilungen ermittelt.
Die wichtigsten Kenngrößen sind Lagemaße (Mittelwerte) und Streuungsmaße.
Lagemaße geben eine zentrale Tendenz der Beobachtungswerte an. → wichtigstes Maß: das arithmetische Mittel
Streuungsmaße geben an, wie stark sich die Beobachtungswerte unterscheiden (streuen). → wichtigste Streuungsmaße: Varianz / Standardabweichung
Lagemaß: Modus Das einfachste Lagemaß ist der dichteste Wert (engl. dense) oder Modus. Der Modus ist die Merkmalsausprägung, die am häufigsten vorkommt.
Der dichteste Wert (Modus) ist unmittelbar aus einem Balkendiagramm (Säulendiagramm) ersichtlich und der einzig sinnvolle Mittelwert für qualitative Merkmale.
Beispiel: diskrete Merkmale der Personaldaten ▪ Abteilung: _________________ ▪ Ausbildung: _________________ ▪ Eintrittsjahr: _________________
Lagemaße: Median oder Zentralwert ▪ Der Median (oder auch Zentralwert) ist der Wert, der in einer geordneten Beobachtungsreihe in der Mitte steht.
Beispiel: Der Median für die Werte 4, 2, 1, 1, 37 lautet: 2 (geordnete Reihe: 1, 1, 2, 4, 37)
Bemerkung: In einer geordneten Reihe gibt der Median (der Wert, nicht der Rangplatz) an, dass die Hälfte der Beobachtungswerte kleiner (oder gleich) als der Median und die andere Hälfte größer als der Median ist.
Der Median steht also in der Mitte aller Beobachtungswerte.
Lagemaße: arithmetisches Mittel Das arithmetische Mittel (auch Mittelwert oder Durchschnitt) ist das am häufigsten verwendete Maß. Es ist ein summarisches Maß und somit nur bei quantitativen Merkmalen anwendbar.
N: Anzahl der Werte xi: Wert i i: Zählvariable
Bemerkungen: ▪ Das arithmetische Mittel hat eine sogenannte Schwerpunkteigenschaft, d.h. die Summe der Abweichungen der einzelnen Ausprägungen vom Mittelwert ist gleich 0:
▪ Die Summe der quadrierten Abweichungen vom Mittelwert ist minimal:
Beispiele zum arithmetischen Mittel
Altersdurchschnitt der Studierenden: ▪ Annette (22), Bernd (23), Michael (19), Thomas (24): ▪ → (22 + 23 + 19 + 24) / 4 = 88 / 4 = 22 J
Kaufpreis eines PKW: ▪ Audi (45 T€), BMW (40 T€), Opel (25 T€), Porsche 100T€): → (45 + 40 + 25 + 100) / 4 = 210 / 4 = 52,5 T€
Das arithmetische Mittel: Gruppierung Das arithmetische Mittel kann bei gruppierten Verteilungen nicht einfach aus den Gruppenausprägungen abgeleitet werden. Hier hilft das gewichtete arithmetische Mittel.
Beispiel: Personalbogen
Ansatz 1: (2006 + 2007 + 2008 + 2009 + 2010) / 5 = 10.040 / 5 = 2008
Fehler: Die Anzahl der jeweiligen Ausprägungen (Gewichtung) ist hier nicht berücksichtigt.
Lösung: das gewichtete arithmetische Mittel
Ansatz 2 (gewichtet):
Das arithmetische Mittel: Klassierung Die Berechnung des arithmetische Mittel bei klassierten Verteilungen kann als Spezialfall des gewichteten arithmetischen Mittels interpretiert werden. Da man die einzelnen Ausprägungen nicht kennt, nimmt man zur näherungsweisen Ermittlung die Häufigkeiten sowie die jeweiligen Klassenmitten.
m: Anzahl der Werte hi: relative Häufigkeit xi: einzelner Wert i: Zählvariable Beispiel:
Streuungsmaße
Mit Hilfe der Streuungsmaße erhalten wir Informationen, wie weit die einzelnen Beobachtungswerte zusammen liegen bzw. wie weit sie gestreut (verteilt) sind.
2 Verteilungen mit unterschiedlichen Streuungen und gleichem 2 Verteilungen mit gleicher Mittelwert Streuung und unterschiedlichem Mittelwert Quelle: Prof. Dr. M. Schmidt, THM FB Wirtschaft: Skript Statistik für BWL
Spannweite einer Verteilung
▪ Erstes einfaches Maß ist die Spannweite ▪ Grober Anhaltspunkt über die Streuung der Werte ▪ Messung: Differenz (Abstand) zwischen dem größten und kleinsten Beobachtungswert.
Eigenschaften: ▪ Einfach zu ermitteln ▪ Sehr abhängig von „Ausreißern“ der Beobachtungswerte nach unten bzw. nach oben ▪ Aussagekraft für die gesamte Verteilung sehr begrenzt ▪ Typischer Anwendungsbereich: Angabe von Höchst- und Tiefstwerten bei Aktienkursen pro Tag oder pro Jahr.
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Quantile, Quartile und Quartilsabstand
Quantile (häufig auch Perzentile) geben in einer vom kleinsten zum größten Wert geordneten Beobachtungsreihe mit n Werten denjenigen Beobachtungs- wert an, bis zu dem ein Anteil p (Prozent) der Beobachtung angefallen ist.
natürliche Zahlen (ganzzahlig)
⌈ ⌉ = Aufrunden nicht Beispiel: x3 x4 (Ceiling) ganzzahlig
Aufrunden
Alternativ: p = 0,75
Anwendungsbeispiele für Quantile
▪ Marktanteile: Die größten drei Unternehmen einer Branche haben einen Marktanteil von 80%
▪ Verteilung von Vermögen, Einkommen, Grundbesitz, … Die x-% Ärmsten eines Landes haben ein Einkommen bis zu y Euro. Die x-% Reichsten (Vermögendsten) Einwohner eines Landes halten y % des Gesamtvermögens.
▪ Ergonomie: In der Automobilbranche werden die Autos auf 90% der Bevölkerung ausgerichtet: Die 5% kleinsten Frauen und 5% größten Männer bleiben unberücksichtigt.
Quartile als spezielle Quantile
Es werden drei Quartile (latein.: Viertel) betrachtet, die jeweils als ein Vielfaches von 25% definiert sind:
• Das erste Quartil q0,25 mit Werten bis 25% • Das zweite Quartil q0,5 mit Werten bis 50% • Das dritte Quartil q0,75 mit Werten bis 75%
Bemerkung: Das zweite Quartil entspricht dem Median.
Grafisches Beispiel für drei Quartile
Bestimmung der Quartile für das Bruttogehalt (x)
  1. Quartil: 25% 2. Quartil: 50% 3. Quartil: 75%
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Quartilsabstand
Der Quartilsabstand Q (auch Inter-Quartilsabstand) ist definiert als der Abstand zwischen dem dritten und dem ersten Quartil:
Der Quartilsabstand gibt die Spannweite der mittleren 50% der Beobachtungswerte an, d.h. die 25%-kleinsten sowie die 25%-größten Werte bleiben unberücksichtigt.
Vorteil: Die Ausreißer nach unten bzw. nach oben verzerren nicht so stark den Wert der Spannweite, d.h. die Angabe der häufigsten Beobachtungswerte ist aussagekräftiger.
Box-Whisker-Plot (auch: Box-Plot)
Für eine erste schnelle Übersicht der Beobachtungswerte wird häufig ein sogenannter Box-Whisker-Plot eingesetzt
Drittes Quartil Erstes Quartil
untere Grenze obere Grenze
Whisker = Antenne
Durchschnittliche absolute Abweichung (1/2)
Fragestellung: Wie kann man die Streuung der Werte messen, d.h. der Streuung eine Maßzahl zuordnen? Idee: „Messen der Abstände“ (zu einer Referenzzahl)
Zur Erinnerung: Die Summe der Abstände aller Beobachtungswerte vom Mittelwert ist 0.
Streuung als Abweichung vom Mittelwert
Durchschnittliche absolute Abweichung (2/2)
Fragestellung: Wie kann man die Streuung der Werte messen, d.h. der Streuung eine Maßzahl zuordnen?
Lösung (1): „Messen der absoluten Abstände“ (zu einer Referenzzahl) → Es werden die absoluten Abstände vom arithmetischen Mittelwert bzw. Median ermittelt und summiert.
Durchschnittliche absolute Abweichung
vom Mittelwert: Betragszeichen = Ergebnis immer positiv vom Median
Varianz und Standardabweichung
Fragestellung: Wie kann man die Streuung der Werte messen, d.h. der Streuung eine Maßzahl zuordnen?
Lösung (2): „Messen der quadrierten absoluten Abstände“ (zu einer Referenzzahl). Eine der am häufigsten eingesetzten Methoden. Es werden die quadrierten absoluten Abstände vom arithmetischen Mittelwert ermittelt und summiert:
Varianz:
Standardabweichung:
Wurzel aus der Varianz
Variationskoeffizient Sollen Streuungsvergleiche für verhältnisskalierte Merkmale angestellt werden, bei denen die Beobachtungswerte in den verglichenen Verteilungen verschiedene Größenordnung haben, so ist es meistens sinnvoll, die absoluten Streuungsmaße mit einem passenden Mittelwert zu normieren. Dadurch entsteht ein relatives Streuungsmaß. → Am gebräuchlichsten ist der Variationskoeffizient als Quotient aus Standardabweichung und arithmetischem Mittel:
Standardabweichung
Variationskoeffizient: Arithmetisches Mittel
Eine typische Anwendung ist der Vergleich der Streuung von Einkommen der Bevölkerung in Industrieländern im Vergleich zu Entwicklungsländern.
Beschreibende Statistik
Grundlagen Häufigkeits- Lage- & Zweidim- verteilungen Streumaße ensionale Häufigkeits- verteilungen
Korrelation & Regression
Zweidimensionale Häufigkeitsverteilungen ▪ Bisher n Merkmalsträger mit m Merkmalen betrachtet ▪ Konzentration auf jeweils ein Merkmal
▪ Häufige Fragestellung: ob und welche Zusammenhänge es zwischen unterschiedlichen Merkmalen pro Merkmalsträger gibt.
▪ Zusammenhang geht bei isolierter Auswertung pro Merkmal verloren
▪ Informationen daher in Form einer mehrdimensionalen Häufigkeitsverteilung
Beispiel 2dim-Häufigkeitsverteilungen Umsatz und Stückzahl pro Produkt
Quelle: PimpMyChart.com
Beobachtungswerte und Merkmalsausprägungen Zweidimensionale Beobachtungswerte (bei den Symbol Bezeichnung Merkmalsträgern jeweils festgestellte Kombinationen) der Merkmale X und Y. xt Merkmalsausprägung von X yt Merkmalsausprägung von Y (xi,yj) Wertepaar x und i p Menge aller Ausprägungen von X q Menge aller Ausprägungen von Y Zweidimensionale Merkmalsausprägungen (bei den Merkmalsträgern jeweils theoretisch mögliche Kombinationen) der Merkmale X und Y.
Da jedes x mit jedem y kombiniert werden kann, gibt es p x q zweidimensionale Ausprägungen v von (X, Y)
Beispiel zweidimensionale Häufigkeitsverteilung Stellen wir uns vor, wir untersuchen den Zusammenhang zwischen Bildung (X) und Einkommensklasse (Y) bei einer Gruppe von Personen.
Merkmal X (Bildung): • x1​: Kein Abschluss • x2​: Schulabschluss • x3​: Hochschulabschluss → p=3 Merkmal Y (Einkommen): • y1​: < 1.000 € • y2​: 1.000–2.000 € • y3: > 2.000 € → q=3 Mögliche Kombinationen: 3x3=9 wie z. B.: • (x1,y1): Kein Abschluss, < 1.000 € • (x3,y3): Hochschulabschluss, > 2.000 € • usw.
Absolute und relative Häufigkeiten zweidimensionale absolute Häufigkeiten: Symbol Bezeichnung nij Absolute Häufigkeit der Merkmalskombination von x und y an der Stelle i, j hij relative Häufigkeit der Merkmalskombination von x und y zweidimensionale relative an der Stelle i, j Häufigkeiten: n Gesamtzahl der Elemente
Besipiel 2dim-Verteilung Personalerhebung (1/4) Die Urliste der Personaldaten enthält für die 25 Beschäftigten (Merkmalsträger) des Unternehmens jeweils die Merkmale Abteilung, Ausbildung, Eintrittsjahr und Gehalt. Wir erhalten damit eine vierdimensionale Matrix mit Beobachtungswerten, um z.B. folgendes zu analysieren:
In welcher Abteilung ist der Anteil der Hochschulabsolventen am höchsten?
Gibt es deutliche Gehaltsunterschiede zwischen den Abteilungen?
Steigen die Gehälter mit zunehmender Qualifikation und/oder Betriebszugehörigkeit?
Besipiel 2dim-Verteilung Personalerhebung (2/4) Zur besseren Übersicht fassen wir die Merkmale Ausbildung und Abteilung zu zwei übergeordneten Klassen zusammen:
Ausbildungen zu Qualifikation: • Nicht-Akademiker (Mittlere Reife, Abitur) • Akademiker (Bachelor, Master, Diplom, Promotion)
Abteilungen zu Geschäftsbereich: • Bereich I: (Geschäftsleitung, Finanzen) • Bereich II: (Entwicklung und Test/Anwendungen) • Bereich III: (Schulung und Vertrieb)
Besipiel 2dim-Verteilung Personalerhebung (3/4) absolute und relative Häufigkeitsverteilung absolut
relativ
Beispiel 2dim-Verteilung Personalerhebung (4/4) zweidimensionale Verteilung
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Beschreibende Statistik
Grundlagen Häufigkeits- Lage- & Zweidim- verteilungen Streumaße ensionale Häufigkeits- verteilungen
Korrelation & Regression
Korrelation Bei quantitativen Merkmalen verwendet man zur Beurteilung des Zusammenhangs zwischen zwei Merkmalen die Korrelationsmaße. Dabei wird sowohl die Intensität (Stärke; Enge der Veribindung) als auch die Richtung des Zusammenhangs (positiv/negativ) gemessen:
Positive Korrelation liegt vor, wenn die zweidimensionalen Beobachtungspaare (xi, yi) gleichsinnig sind, d.h. es gilt tendenziell
→ Je größer xi, desto größer ist auch yi bzw. je kleiner xi desto kleiner auch yi
Negative Korrelation liegt vor, wenn die zweidimensionalen Beobachtungspaare (xi, yi) gegensinnig sind, d.h. es gilt tendenziell
→ Je größer xi, desto kleiner ist yi.
Positive vs. negative Korrelation
Streuungsdiagramm positiv Streuungsdiagramm negativ korrelierter Beobachtungswerte korrelierter Beobachtungswerte
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Beispiele für unkorrelierte Verteilungen
Beispiele für unkorrelierte Verteilungen
Unkorreliertheit (keine lineare Unabhängigkeit (somit auch Beziehung) Unkorreliertheit) Stärkeres Konzept als Unkorrelierrtheit
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Kovarianz Die grundlegende Kennzahl für die Korrelationsanalyse zweier quantitativer Merkmale X und Y ist die Kovarianz. Sie ist wie folgt definiert
Im Gegensatz zur Varianz kann die Kovarianz auch negative Werte annehmen. Das Vorzeichen gibt die Richtung des Zusammenhangs der beiden Merkmale an:
Korrelationskoeffizient Der absolute Wert der Kovarianz liefert keinen guten Anhaltspunkt für eine Interpretation der Intensität. Dazu wird die Kovarianz mittels der jeweiligen Standardabweichungen der Merkmale X und Y normiert und man erhält den Korrelationskoeffizienten r:
Kovarianz von x und y Korrelationskoeffizient
Varianz von y Bemerkung: Liegen die Beobachtungspaare (x, y) auf einer steigenden bzw. fallenden Geraden, so nimmt der Korrelationskoeffizient r den Extremwert 1 (steigend) bzw. -1 (fallend) an.
Korrelationsverläufe
Korrelationskoeffizient mit extremer Korrelation (r=1 bzw. r = -1)
Extreme positive Korrelation Extreme negative Korrelation
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Richtung und Intensität Faustregeln zur Interpretation des Korrelationskoeffizienten r bzgl. Richtung (positiv, negativ) und Intensität (stark, schwach):
X und Y sind unabhängig verteilt →
Regressionsanalyse ▪ Weiterentwicklung der Korrelationsanalyse für quantitative Merkmale ▪ Annahme: Abhängigkeit eines Merkmals Y (Zielgröße: Umsatz, Gewinn, …) von einem Merkmal X (Instrumentgröße: Absatzpreis, Werbeausgaben, …).
▪ Diesen Zusammenhang beschreibt die Regressionsfunktion y = f(x)
▪ Tatsächlichem Beobachtungswert yt und berechneter Funktionswert f(xt) i.d.R. auch eine Abweichung (Fehler oder Störung: Residuum) e
▪ lineare Regressionsmodell: Schätzwert ▪ mit dem Schätzfehler e
Wert ▪ Anforderung: • Bestimmung der Regressionskoeffizienten a und b. • Beurteilung der Aussagefähigkeit (Güte) der Regressionsfunktion für Prognosen
Kleinst-Quadrate-Prinzip ▪ Als Optimalitätskriterium wird das Kleinst-Quadrate-Prinzip angewandt, d.h. die Summe der quadrierten Fehler ist minimal. ▪ Gerade so durch die Punktwolke legen, daß die Summe der horizontalen Abstandsquadrate minimiert wird
Abweichung
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Regressionskoeffizient & Regressionsgerade Ermittlung der Regressionskoeffizienten. Es gilt zu minimieren:
Arithmet. Mittel aus Es ergibt sich als Regressionsgerade: x*y mit den Regressions- koeffizienten a, b:
Quadrat des Arithmet. Mittel aus Mittelwerts den quadrierten x- Werten
Der Steigungsparameter b für den Anstieg der Regressionsgeraden zeigt folgenden Zusammenhang zur Korrelation zwischen den Merkmalen X und Y:
▪ steigende Regressionsgerade  positive Korrelation ▪ fallende Regressionsgerade  negative Korrelation ▪ horizontale Regressionsgerade  keine Korrelation
Regressionsanalyse: Bestimmtheitsgard
Das Regressionsmodell ist umso besser, je größer der Anteil der erklärten Streuung an der Gesamtstreuung ist. Dieser Anteil r² heißt Bestimmungsgrad: r ist der Korrelationskoeffizient Praktische Rechenformel
Übliche Lehrbuchformel mit
und
Fallunterscheidung Zusammenhang
Fallunterscheidung: perfekter vs. nicht-linearer Zusammenhang
Perfekter linearer Zusammenhang Kein linearer Zusammenhang
Grobe Orientierung für die Interpretation des Bestimmungsgrades:
Quelle: Wewel, Statistik für BWL
Beispiel Regressionsanalyse (1/4)
Zusammenhang Jahresumsatz und Ladenfläche von 12 Filialen Errechnete Arbeitstabelle
Quelle: Bleymüller. Statistik für Wirtschaftswissenschaftler
Beispiel Regressionsanalyse (2/4)
Aus der Arbeitstabelle
Formel Regressionskoeffizient a
Formel Regressionskoeffizient b
Regressionsfunktion Quelle: Bleymüller. Statistik für Wirtschaftswissenschaftler
Beispiel Regressionsanalyse (3/4)
Regressionsfunktion
Quelle: Bleymüller. Statistik für Wirtschaftswissenschaftler
Beispiel Regressionsanalyse (4/4) Bestimmtheitsgrad r2
12 Filialen 96% der Variation der Jahresumsätze werden durch die Regressionsfunktion erklärt. Quelle: Bleymüller. Statistik für Wirtschaftswissenschaftler
Anwendungsbeispiele Regressionsanalyse
▪ Umsatzprognose: Beziehung zwischen Werbeausgaben und Umsatz untersuchen, um vorherzusagen, wie sich Änderungen im Marketingbudget auf den Umsatz auswirken ▪ Preissetzung: Einfluss des Preises eines Produkts auf die Verkaufszahlen bestimmen. Dies hilft Unternehmen, optimale Preisstrategien zu entwickeln. ▪ Kundenzufriedenheit: Zusammenhang zwischen verschiedenen Faktoren (z. B. Servicequalität, Wartezeit) und der Kundenzufriedenheit analysieren, um Verbesserungsmaßnahmen abzuleiten ▪ Marktforschung: Einfluss von demografischen Faktoren (z. B. Alter, Einkommen) auf das Kaufverhalten untersuchen