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2009년 10월 11일 일요일

모수와 통계량

통계를 공부하는데 있어 왕 기본적 요소인 모수와 통계량에 대해서 생각해 보기로 한다.

통계는 크게 집단의 특성을 수리적으로 보이는 기술(descriptive)통계와 그 통계량을 근거로 모집단의 특성을 추정하는 추리통계(statistical inference)로 나누어 볼 수 있다. 사실 통계학을 굳이 공부하지 않더라도 기술통계에 대해서는 어느 정도 알고 있고, 또 실 생활에서도 광범위하게 사용된다. 결국 통계를 굳이 더 배우는 목적은 추리통계라고 할 수 있을 것이다.

다시 한번 반복하면 추리통계는 표본의 특성을 근거로 하여 알고자 하는 모집단의 특성에 대해 밝히려는 것이다. 그렇다면 조사를 통해 밝혀진 것을 근거로 어떻게 그렇게 할 수 있는가?

통계학에서 말하는 것 중 중요한 것은, 모집단의 분포가 어떻게 생겨먹었건 간에 반복된 표본추출 과정에서 나타나는 표본의 특성은 모집단의 특성을 중심으로 수렴하는 현상을 보인다는 것이다. 이를 중심극한정리(Central Limit Theorem)이라 하며, 통계적 추론의 근거가 된다. 만약 그렇지 않다면 표본추출이 어떤 의미가 있겠으며, 그런 뻘짓을 할 이유가 어디에 있겠는가?

어쨌건, 통계학에서 말하는 모집단의 특성은 모수(parameter)라고 하며, 그리스 문자로 표기한다. 모평균을 나타내는 뮤, 모집단의 분산을 나타내는 시그마 등을 생각해 보자. 반면 표본의 특성을 나타내는 기호는 모두 영문자를 사용한다. 표본의 평균을 나타내는 x바, 표본의 분산을 나타내는 s등이 그러하다. 여기서 한 가지 - 서구에서 그리스에 대한 향수 내지는 동경이 여기서도 보인다는 것은 주목할 만하다고 하겠다.

아무튼 모수는 일종의 진리(전수조사를 해야 나타나는)이며, 이 값은 변하지 않는다. 하지만 우리가 실제 구할 수 있는 값은 추출해 놓은 표본의 특성이며, 이는 추출과정을 반복할 때마다 변화한다. 그리고 우리가 통계를 하는 목적은 관찰값을 바탕으로 모수값을 최대한 근접하게 찾아내려는 것이다.

우도의 개념과 최대우도추정법(Maximum Likelihood Estimation)

우도의 개념을 최대한 단순하게(물론 문제가 있겠지만) 정의하면 확률과 정확하게 대칭되는 것이라 생각하면 맞을 것 같다. 다시 말하면 확률에서는 모비율이 특정되어 있고 불변인데 그 위에서 관찰된 값이 나오는 반면(동전을 던질 때 앞면이 나올 확률은 일반적으로 1/2이며 그것을 바탕으로 특정 관찰이 나올 확률을 계산한다), 우도의 개념에서는 역으로 관찰치는 고정되어 있고, 그것이 가장 잘 그럴 듯하게 나오는 모수값을 찾아나가는 것이다.

이를 2차원 그래프로 나타내면 확률분포곡선에서 특정한 포인트를 찍어서 확률을 계산하는 확률과는 정반대로, 우도의 개념에서는 특정한 관찰값이 이미 주어져 있고, 확률분포곡선 자체를 움직이면서 그 관찰값이 가장 잘 나오는 위치를 찾는 것이다. 약간 어거지로 끼워맞추는 구석이 있는 것이 아니냐 할 수 있겠지만, 사실 잘 생각하면 일반적으로 써먹는 회귀분석 역시 자의적인 우격다짐이긴 마찬가지다. OLS(최소자승법) 역시 Sum of Square를 최소화하는 것이 가장 좋은 회귀직선이라 정한 것 뿐이지, 그게 정말 맞다고 누가 장담할 수 있나? 그렇게 하기로 한 것 뿐이지. 아니 - 넓게 말하면 최소자승법 역시 하나의 최대우도추정이라고 할 수도 있는 것이다.

그렇다면 왜 이런 개떡같은 방법이 나온 걸까. 당연한 이야기지만 일반적인 회귀분석이 갖고 있는 문제점과 한계에 대응하기 위한 것도 일부 있고, 이것이 갖고 있는 최대의 문제점인 계산 문제가 컴퓨터의 도움으로 해결되었기 때문이기도 하다. 잘 생각해보면 최대우도추정법의 전략은 컴퓨터의 계산방식과 유사하다. 특정한 확률분포를 사용해 계산하여 우도를 구하고, 그 분포를 약간 이동시켜 또 우도를 구하고... 반복하다가 그 우도가 최대로 결정되는 지점에서 멈추는 것이다. 어쩐지 프로그래밍 기초에서 나오는 것과 유사하지 않나?

그리고 최대우도 추정의 가장 큰 장점 중 하나는 확률분포의 종류만 정해지면, 계산방식은 모두 동일하다는 것이다. 특히 일반적인 방식에서 각각 모두 다른 표준오차의 추정 역시 (매우 복잡하지만) 같은 방식으로서 계산되며, 표현될 수 있다는 것 - 이는 결국 확률분포만 확보해 표현할 수 있다면 - 일반적인 routine으로 처리할 수 있다는 가능성을 시사한다. 아울러 최대우도추정은 특정한 어떤 분포가 아니라 그런 방식을 사용하는 분석 방법을 통칭하는 일종의 전략(strategy) 같은 것으로 이해하면 되겠다.

2009년 7월 20일 월요일

Stata 11 곧 출시

통계 프로그램 중 개인적으로 R과 함께 배우고 싶은 프로그램인 - stata 11버전이 곧 나올 예정입니다.



학교에서 라이센스받지 못한 탓에, stata 10을 잠깐 만져본 것에 불과합니다만, 가볍고 빠르며, 다양한 통계분석이 가능했던 것으로 기억합니다. 결과물도 상당히 깔끔했는데 말이죠...

아무튼 한번쯤 구입해보고 싶긴 한데, 그놈의 가격이 문젭니다. 흐음...

2009년 5월 29일 금요일

R이 너무 어렵다구요? R commander를 써보세요!

무료인 것에 반해 과분할 정도로 강력한 기능을 갖고 있는 통계 프로그램 R, 하지만 그 인터페이스는 매우 불친절합니다. 물론 도움말이 자세하게 있고, 또 인터넷에 R에 대해 설명해 놓은 사이트가 많긴 하지만, 일일이 명령어를 입력해 넣어야 답을 보여주니, 초보자들은 막막할 따름입니다.

요즘같이 GUI가 일반화된 현실에서는 참...(옛 추억들이 새록새록 떠오르는군요) 물론 익숙해지면 오히려 메뉴를 통한 접근보다 더 신속하고 세세하게 작업할 수 있지만, 익숙해질때까지는 다분 혼란스럽고 막막합니다.

하지만 R commander를 사용하면 SPSS나 STATA, Minitab과 같이 메뉴에서 간단히 통계 분석 방법을 고르고, 대화상자에서 옵션을 조절하는 등 편리하게 작업할 수 있습니다.

1. 설치
R commander는 쉽게 설치할 수 있고, 역시나 공짜입니다. 프롬프트 상태에서

install.package(Rcmdr, dependencies=T)

를 입력해도 되고, 메뉴에서 Package Installer를 통한 설치도 가능합니다.
패키지 Rcmdr을 설치하면 됩니다(의존성 체크하고)

2. R commander 실행
프롬프트 상태에서 다음 명령으로 실행하면 됩니다.

library(Rcmdr)

Mac OS X에서는 R commander 구동 시 X11위에서 실행됩니다.

일반적인 통계 작업은 R commander에서 다 할 수 있고, 플러그인을 사용하면 기능을 확장할 수 있습니다.

2009년 5월 27일 수요일

맥에서 사용할 수 있는 통계 프로그램들

요즘 사용해보고 있는 통계 프로그램 중에서 Mac OS X에서 사용할 수 있는 것들에 대해 적어 봅니다.

1. PASW(구 SPSS) Statistics 17
특히 사회과학 쪽에서 널리 사용되고 있는 통계 프로그램으로, 윈도우, 맥, 리눅스 환경을 지원합니다. SPSS 홈페이지에서 체험판(윈도우용 21일, 맥용 30일)을 다운로드받을 수 있습니다.

하지만 몇 번 사용해본 결론으로는 별로 추천하고 싶지 않습니다. 특히 맥 환경에서는요.

우선 다른 프로그램에 비해 겁나게 무겁고, 분석기능 역시 많이 제한되어 있습니다. 제공하는 기능에 비해 가격도 매우 높습니다(기본 Base 이외에 추가 기능이 필요하면 별도로 추가해야 하는 구조). 사회과학에 특화되어 있으며, 기본적으로 메뉴 방식을 사용하기 때문에 쉽고 편리하다고 하지만 - 어쨌든 비추천입니다.


2. Stata 10.1
64비트 플랫폼을 지원하는 stata, 실행 속도도 경쾌할 뿐만 아니라, 기능도 강력합니다. 윈도우, 맥, 유닉스 플랫폼을 지원합니다.
Screenshot from Official Site

본래 대화형(프롬프트 상태에서 명령을 입력하는 방식) 체제를 택하고 있지만, 메뉴를 통한 분석도 가능하니 약간만 배운다면 기본적인 통계분석은 별 문제없이 수행할 수 있을 것입니다. 잠깐 만져봤을 뿐이지만, 아주 인상적인 프로그램입니다.


3. R
가장 추천하고 싶은 프로그램입니다. 무료이면서 강력합니다. 어지간한 것은 다 됩니다. 데이터 역시 자유롭게 읽어들이고(SAS, SPSS, minitab, csv, txt...), 저장 역시 자유롭습니다. 설치에는 X11(Mac OS 설치 시 선택할 수 있으며, 별도로 다운받아 설치할 수 있습니다)이 필요하고, 64비트를 지원하지만, 아직 실험적인 수준에 있습니다.


대화형으로 명령어를 사용자가 직접 입력하는 방식으로 되어 있습니다. 특히 기본적인 GUI에서는 메뉴에 의한 분석을 제공하지 않으므로, 매우 불친절한 편이죠. 다만 R commander를 사용하면 다른 통계프로그램처럼 메뉴를 통해 편하게 사용할 수 있습니다.

R 커맨더를 쓰려면, 패키지 Rcmdr을 설치하면 됩니다(의존성 체크하고)

솔직히 SPSS보다는 R쪽이 보다 유용하고 가볍고, 쓸모가 많았습니다. 특히 그래프 등의 작업을 할 때, 맥 특유의 Quartz를 활용한 화려한 그래픽은 다른 프로그램과 차별화되는 부분이죠(이에 비하면 SPSS의 그래픽 기능은 조악하다고 할까요?)

R은 윈도우, 맥, 리눅스 플랫폼을 공식적으로 지원하며, 여기서 다운로드받을 수 있습니다.

R의 사용법을 배울 수 있는 유용한 사이트를 하나 소개하면,