Diagrama de Caja

Estadística y Probabilidad

Un diagrama de caja resume un conjunto de datos usando cinco valores clave: mínimo, Q1, mediana, Q3 y máximo, mostrados como una caja con bigotes.

Visualization

Definition

Un diagrama de caja (también llamado diagrama de caja y bigotes) muestra la dispersión de los datos usando una caja y dos líneas llamadas bigotes: la caja cubre la mitad central de los datos, y la línea dentro de la caja marca la mediana. Muestra el resumen de cinco números: mínimo, $Q_1$ (percentil $25$), mediana ($Q_2$, percentil $50$), $Q_3$ (percentil $75$), y máximo, con la caja abarcando de $Q_1$ a $Q_3$ (el IQR) y los bigotes extendiéndose hasta los valores más extremos dentro de $1.5 \times \text{IQR}$ de los cuartiles, con los valores más allá de esto graficados como puntos individuales atípicos. Formalmente, la regla de valores atípicos del diagrama de caja (marcar valores más allá de $Q_1 - 1.5 \cdot \text{IQR}$ o $Q_3 + 1.5 \cdot \text{IQR}$) corresponde aproximadamente al rango de una distribución normal dentro de unas $2.7$ desviaciones estándar de la media, marcando aproximadamente $0.7\%$ de los valores distribuidos normalmente como atípicos, y para datos sesgados, la asimetría del diagrama de caja revela la dirección del sesgo.

Example

Para las calificaciones de examen, la caja podría extenderse de $70$ a $90$ (el $50\%$ central), con la línea de la mediana en $80$, y los bigotes extendiéndose hasta la calificación más baja ($55$) y la más alta ($100$). Un resumen de cinco números de $\text{min}=40$, $Q_1=60$, $\text{median}=72$, $Q_3=85$, $\text{max}=95$ da $\text{IQR}=25$, con las cercas de valores atípicos en el límite inferior $= 60 - 1.5(25) = 22.5$ y el superior $= 85 + 1.5(25) = 122.5$, así que ningún valor cae fuera de estas cercas. Al comparar diagramas de caja de las distribuciones salariales entre departamentos, un diagrama de caja sesgado a la derecha (bigote superior más largo y puntos atípicos a la derecha) indica que un pequeño número de personas con ingresos muy altos está jalando la media por encima de la mediana.

Key Insight

Un diagrama de caja te da un resumen rápido de un conjunto de datos: dónde está el centro (la mediana), qué tan dispersa está la mitad central (la caja), y qué tan lejos se extienden los extremos (los bigotes), y es especialmente útil para comparar varios grupos lado a lado. El diagrama de violín es una alternativa moderna que reemplaza la caja con una estimación de densidad por núcleos, preservando la información del resumen de cinco números mientras muestra la forma completa de la distribución, incluyendo la multimodalidad.