Thema 5 · Correlatie
Deel 3 — Samenhang · bewegen ze samen?
Twee variabelen tegelijk
Tot nu toe keken we naar één variabele per keer. Nu twee. De egels worden ouder én langer — en de vraag is: bewegen die twee samen? Niet door de tijd, maar in de data: horen hogere leeftijden bij hogere (of juist lagere) lengtes? Als een egel ouder is, is hij dan ook langer? Dat is samenhang (correlatie, verband, associatie — allemaal hetzelfde, zie Deel 0).
Hier is de wolk — negen egels, elk een puntje:
Kijk er even naar vóór je verder leest: zie je een verband? En valt je iets op — zit er een egel tussen die juist tegen de trend in lijkt te gaan?
Het gevoel: vier kwadranten
Teken een verticale lijn op en een horizontale op . Dat hakt de wolk in vier kwadranten. Loop nu elke egel langs en vraag twee dingen: scoort hij hoog of laag op leeftijd, en hoog of laag op lengte?
- Zelfde kant op (hoog-hoog óf laag-laag) → draagt bij aan een positief verband.
- Tegengesteld (hoog-laag óf laag-hoog) → draagt bij aan een negatief verband.
- Precies op een gemiddelde (op leeftijd óf op lengte) → draagt niks bij. Eén afwijking is dan nul, en nul keer wat-dan-ook blijft nul — ook al wijkt die egel op de ándere variabele fors af. Eén factor nul, en het hele product is nul.
De meeste egels gaan mee met de trend: jong-en-kort linksonder, oud-en-lang rechtsboven (allebei positief). Maar let op de dwarsliggers: een jonge egel die tóch al lang is (linksboven) en een oude egel die kort gebleven is (rechtsonder) — die trekken juist tegen het verband in (negatief). En een paar egels liggen precies op de lengte-gemiddelde lijn (lengte 20): die scoren wél gemiddeld op lengte, maar niet op leeftijd. Hun product is nul; ze doen niet mee.
Covariantie: samen afwijken
We vangen dat in een getal. Per egel vermenigvuldigen we zijn afwijking op met zijn afwijking op — een kruisproduct. Min × min = plus, dus laat je niet vangen door min-min: dat is gewoon plus. Aan of dat product plus of min is — het teken — zie je of een egel aan een positief of negatief verband bijdraagt; en een product van nul betekent: doet niet mee.
| product | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 11 | −2 | −9 | 18 |
| 2 | 2 | 20 | −2 | 0 | 0 |
| 3 | 3 | 14 | −1 | −6 | 6 |
| 4 | 3 | 23 | −1 | +3 | −3 |
| 5 | 4 | 20 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 5 | 26 | +1 | +6 | 6 |
| 7 | 5 | 29 | +1 | +9 | 9 |
| 8 | 6 | 17 | +2 | −3 | −6 |
| 9 | 6 | 20 | +2 | 0 | 0 |
| som | 30 |
De som van de producten is 30. Deel door (net als bij de variantie in Deel 1 — we beschrijven een steekproef) en je hebt de covariantie:
De betekent: tel op over álle egels, van de eerste () tot de laatste () — dezelfde optel-machine als in thema 1. Omdat we bijna altijd over alle egels sommeren, laten we die grenzen verderop gewoon weg; dan staat er kortweg . Eerst expliciet, dan vanzelfsprekend.
Merk op: de twee dwarsliggers (egels 4 en 8, met een negatief product) drukken de som omlaag. Zonder hen zou het verband sterker ogen — maar zo eerlijk is de natuur niet.
Ruw is ruk → de Pearson-correlatie
Die covariantie van 3,75 — is dat veel? Ruw is ruk — al is ‘ruk’ hier nét te streng. Het téken (positief) lees je meteen af: leeftijd en lengte gaan samen dezelfde kant op. En het getal zélf bétekent ook iets: het leeft in de product-eenheid maand·cm — de gemiddelde rechthoek van hierboven. Wat je er níet aan afziet, is of 3,75 groot of klein is: dat hangt aan de eenheden. Meet je leeftijd in jaren in plaats van maanden, dan verandert het getal terwijl het verband hetzelfde blijft. Daarom standaardiseren we naar de Pearson-correlatie , die altijd netjes tussen −1 en +1 loopt. De truc: we delen de gezamenlijke beweging (de covariantie) door hoeveel en ieder los spreiden ( en ):
(Hetzelfde als het gemiddelde product van de z-scores, — standaardiseren maakt het vergelijkbaar.) Een van ,42: een matig positief verband (tegen de ,5 aan). Een vuistregel die je vaak ziet: rond ±,2 zwak, ±,5 matig, ±,8 sterk. Let op dat het college daar juist géén harde grenzen aan hangt — de slotdia van college 5 zegt dat de kwalificatie van de sterkte contextafhankelijk is. Gebruik de vuistregel dus om te ordenen, niet om te oordelen. Egels worden dus langer met de leeftijd, maar er is flink wat ruis — precies wat je in de wolk al zag.
Wil je juist weten hoeveel cm langer per maand — een echt “zoveel per eenheid” — dan deel je de covariantie niet door béide spreidingen, maar alleen door die van leeftijd. Dan reken je de eenheid maand·cm om naar cm-per-maand: de regressiehelling. Dat is thema 6. Dezelfde gedeelde beweging, twee keer anders gelezen.
Pas op
- Lineariteit. meet alleen rechte samenhang. Je kunt door elke wolk een rechte lijn leggen, maar is dat terecht? Een kromme “hema-worst” verstop je niet in een — teken altijd eerst de scatterplot.
- Uitbijters kunnen flink optillen of platdrukken; één extreem punt doet veel.
- Ingeperkt bereik. Kijk je maar naar een deel van de spreiding, dan zakt in — ook als het verband gewoon bestaat. Het college laat dat zien met huiswerk en schoolcijfers: over de hele klas is , maar kijk je alleen naar wie minder dan zes uur huiswerk doet, dan is er nog over, en alleen bij wie meer doet . Dezelfde kinderen, dezelfde samenhang — alleen een smaller stuk van de wolk. Denk aan een onderzoek naar intelligentie en studiesucces onder alleen universiteitsstudenten: die zijn al voorgeselecteerd, dus je vindt bijna niks, en dat betekent niet dat er niks ís.
- Schaal maakt niet uit. Meet je lengte in cm of in meters, blijft gelijk — hij is gestandaardiseerd.
- Correlatie ≠ causatie. De egels worden langer met de leeftijd, niet noodzakelijk vanwege de leeftijd — ze groeien door voedsel, zorg en een beetje liefde. Tijd is geen oorzaak; het is een meeloper. Pas dus op met het woord “invloed”: dat is iets causaals, en daar gaat een correlatie niet over.
Oefenen
Tot slot
Alles wat correlatie doet, voelde je al in die vier kwadranten: gaan twee dingen dezelfde kant op, of trekken ze tegen elkaar in? De covariantie telt dat op — gemiddeld rechthoekje — en omdat ruw ruk is delen we ‘m door de twee spreidingen, zodat er een uit komt die altijd tussen −1 en +1 ligt. (Al ’bewegen’ die egels natuurlijk niks; ze liggen daar gewoon. Wat samen varieert, zijn de metingen — deze egel, zó gemeten op leeftijd én lengte. ‘Samen bewegen’ is het gevoel; ‘samen variëren’ is wat er precies staat.) Maar let op wat een je niet geeft: richting. Het is een dubbele pijl — leeftijd-en-lengte hangen samen, punt. Wie is hier nou de voorspeller? Daar zwijgt de correlatie over. In het volgende thema zetten we er één pijl op, één kant op, en voorspellen we lengte uít leeftijd. Dat is regressie.
Oefenboek OZP 1 · Thema 5, versie 0.1 (handrekenen & theorie). Doorlopend voorbeeld: de egels.
