數據科學導論期中報告|上台講稿(定稿)
題目:學霸都偏科?一場被錄取門檻騙了的分析 副標:總分錄取門檻對數學與葡語成績相關性的影響 11311205 薛宇哲
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第 1 頁|封面(約 20 秒)
大家覺得學霸都偏科嗎?換個問法:數學好的人,語文通常也比較好嗎?
大部分人應該會說「會吧」,會讀書的人,很少只有一科好。
我原本也這樣想,直到我把資料一層一層篩下去。
【按】
第 2 頁|研究動機:升學只看「總分」(約 20 秒)
我們都經歷過「看總分」的升學制度,各科加起來夠高就錄取,像畫面上總分 30 以上的人才會被框起來。
所以我想知道:在所有學生裡,數學和語文有關係嗎?如果只看被錄取的那群人,這個關係還一樣嗎?
【按】
第 3 頁|研究方法:合併、清洗、三種分析(約 30 秒)
資料是課堂的 UCI Student Performance,葡萄牙兩所高中的數學和葡萄牙語成績,滿分 20 分。
我把兩科合併,再排除期末沒來考的學生,從 382 人留下 340 人。
方法有三步:先算全體的皮爾森相關係數;再模擬錄取門檻,把總分門檻從 20 分拉到 32 分;最後用 K-Means 分群,看錄取的人是由哪幾種學生組成。
【按】
第 4 頁|研究成果 ①:直覺是對的(約 20 秒)
先看全體學生,這張是 Colab 跑出來的圖,泡泡越大代表人越多。
點從左下往右上走,相關係數 0.57,中度正相關。數學好的人,語文通常也比較好。到這裡都很合理。
【按】
第 5 頁|研究成果 ②:門檻一拉,怪事發生(約 45 秒)
接著我開始拉高錄取門檻。左邊橘色是被錄取的人,右邊是相關係數的變化。
門檻 20 分,相關係數還有 0.46。
【按】 門檻越高,線就一路往下掉,到 28 分幾乎是 0。
【按】 到 32 分,變成 負 0.38。
【按】(印章跳出)如果我只分析這群錄取生,就會得到一個結論:「頂尖學生裡,數學越好,語文反而越差。」
難道學數學會排擠語文?
【按】
第 6 頁|為什麼?醫院裡的怪現象(約 60 秒)
先講一個統計學的經典例子。假設一個城市有 100 個人,20 個人有 A 病、20 個人有 B 病,兩種病完全沒關係:有 A 的人 20% 也有 B,沒有 A 的人也是 20%。
【按】 現在只看住院的人。沒生病的人不會住院,所以這 64 個健康的人全部被擋在門外,生病的人走進醫院。
【按】 醫院裡剩下 36 個人,再比一次:有 A 的 20 個人裡,只有 4 個有 B,20%;但沒有 A 的 16 個人,全部都有 B,100%。看起來就像「有 A 就不會有 B」。
這就是伯克森悖論:病沒有互相排斥,是「住院」這個篩選製造出來的。
【按】
第 7 頁|回到我的資料:總分門檻就是「醫院大門」(約 40 秒)
我的資料也是一樣的結構。這是 340 位學生,整體趨勢是往上的。
【按】 現在把總分門檻當成醫院大門,門檻推到 32 分,線下面的人都被擋在外面。
【按】 留下來的人,除了兩科都強的,還有一科特別強、另一科中上就夠的人。這群人的趨勢線,就從往上變成往下。
【按】
第 8 頁|研究成果 ③:錄取的人,都是哪種人?(約 40 秒)
最後用 K-Means 確認:我把總分 32 以上的 36 位錄取者分群。
輪廓係數最高的是 3 群:語文偏強 15 人、數學偏強 14 人,兩科都頂尖的只有 7 人。 多數錄取者是靠一科拉分,所以這群人裡才會「這科高、那科低」。
【按】 再換一種篩法:不看總分,只看單一科目 15 分以上。程式跑出來,相關係數又回到正的,葡語是 0.22、數學是 0.33。
所以負相關不是學生的特質,是「用總分篩選」這個動作造成的。
【按】
第 9 頁|結論:答案取決於,你看的是誰(約 25 秒)
回到開頭的問題:學霸都偏科嗎?
答案取決於你看的是誰。 看全體學生:不是,數學好的人語文通常也比較好。只看依總分錄取的人:數據看起來像偏科,但那是篩選造成的錯覺。
給學校一個建議:分析資優班或錄取生時,一定要對照全體資料,並說清楚結論只適用於哪一群人。
【按】
第 10 頁|心得:我也差點被騙(約 45 秒)
最後是我的心得。做的過程遇到三個困難:
第一,有 42 位學生期末是 0 分,我去查他們的第二次成績和缺課紀錄,判斷是沒來考,所以先排除。
第二,我一開始真的以為負相關是真的,後來用單科篩選和 K-Means 對照,才確認是門檻造成的。
第三,門檻拉太高人就太少,所以我只拉到 32 分,看整體趨勢。
動機有被證實嗎?一半:全體確實是正相關,但錄取生裡的負相關是假象。下次如果能拿到台灣的升學資料,就能驗證我們的制度是不是也一樣。
【按】(金句出現)最後一句話:數字本身沒有錯,但你選了誰來算,會決定你看到什麼。 謝謝大家。
想壓回 5 分鐘的話,可以刪這些
- 第 6 頁:「兩種病完全沒關係:有 A 的人 20% 也有 B,沒有 A 的人也是 20%」改成「兩種病本來沒關係」(約 −10 秒)
- 第 8 頁:省略單科篩選那段,只講 K-Means(約 −20 秒)
- 第 10 頁:三個困難只講第二個(約 −25 秒)
Q&A 備用(不唸,被問到再講)
- 為什麼排除 42 人? 他們的 G3 是 0,但缺課紀錄全為 0、多數 G2 還有 5–10 分,推定是期末沒來考(資料集文件沒有明說,這是根據資料的推論)。
- 醫院的 100 人是真的資料嗎? 不是,是為了說明伯克森悖論的假設數字;我的分析結論只來自 Student Performance 資料。
- p 值? 比較了多個門檻,所以看的是「一路下降」的趨勢,不拿單一 p 值當證據。
- 總分篩選會變負,不是本來就可以預期嗎? 對,這在數學上是可以預期的。我想示範的是:分析時如果沒注意到資料被怎麼篩過,就會得出錯誤的教育建議。
- 單科篩選人數比較多,公平嗎? 縮小到跟錄取者差不多的人數(例如數學 ≥ 17,25 人),相關係數仍然是正的。