Выборочный метод исследования

Основной методологией подавляющего большинства биологи-

ческих и экологических исследований является количественное

обследование лишь определенной части элементов наблюдения вы-

бранного объекта изучения. Что представляет собой эта часть эле-

ментов наблюдения, как правильно её формировать и по каким

причинам биологи и экологи вынуждены прибегать к подобному

методу исследования, постараемся выяснить в данном разделе.

Генеральная совокупность и выборка. Если исследование

охватывает все единицы наблюдения статистической совокуп-

ности без единого исключения, то оно называется сплошным или

полным (изучение всех особей биологической популяции, учет

всех видов растений и животных в экосистеме). Если ограничи-

ваются обследованием лишь некоторой части статистической

совокупности, то исследование называется частичным или выбо-

рочным. В соответствии с этим в математической статистике

принято делить статистическую совокупность на генеральную и

выборочную. Поскольку эти понятия являются ключевой идеей

математической статистики, рассмотрим их подробнее. Ниже

приводится ряд определений.

1. ｫСовокупность, из которой отбирают определенную часть её

элементов для совместного изучения, называется генеральной сово-

купностью. Отобранная часть генеральной совокупности для изу-

чения называется выборочной совокупностью или выборкой»

(Лакин, 1990).

2. ｫВ подавляющем большинстве случаев исследование ве-

дется выборочным методом, т. е. из всего количества существую-

щих в природе объектов или из теоретически возможного бес-

конечного множества опытов (генеральная совокупность) учиты-

вается лишь какая-то часть (выборка)ｻ (Терентьев, Ростова, 1977).

3. ｫ Генеральная совокупность – это вся подлежащая изуче-

нию совокупность данных объектов. В пределе она рассматри-

вается как состоящая из бесконечно большого количества отдель-

ных единиц. Та часть объектов, которая подвергается исследо-

ванию, называется выборочной совокупностью или просто

выборкой» (Рокицкий, 1973).

4. ｫВсю совокупность интересующих нас объектов исследо-

вания мы будем называть генеральной совокупностью, а малую,

детально изучаемую её часть – выборочной» (Поморский, 1935).

5. ｫМножество объектов, конечное или бесконечное,

относительно которого делаются статистические выводы, носит

название генеральной совокупности. Этот термин приобретает

смысл в сочетании с понятием о выборке, т. е. части этого

множестваｻ (Владимирский, 1983).

6. ｫ…обычно изучается лишь часть популяции, которую

принято называть выборкой из генеральной совокупности –

совокупности всех экземпляров, или особей, или членов данной

совокупности, которые вообще в принципе могут относиться к

этой совокупности. …в экспериментальной биологии почти

всегда имеют дело с выборками – генеральной совокупностью

здесь обычно является бесконечное множество однотипных экс-

периментов, которые в принципе можно было бы провестиｻ

(Урбах, 1964).

7. ｫТермин ″ выборка″ указывает на процесс выбора части из

чего-то большего, в данном случае – на процесс получения огра-

ниченного количества значений из генеральной совокупности.

Генеральная совокупность – это множество всех вариант опре-

деленного типа (выборка бесконечного размера). Чаще всего

получить все возможные значения в принципе невозможно.

Поэтому судить о генеральной совокупности приходится, иссле-

дуя выборки – по части составлять представление о целомｻ

(Ивантер, Коросов, 2005).

8. ｫ Выборочной совокупностью или просто выборкой назы-

вают совокупность случайно отобранных объектов. Генеральной

совокупностью называют совокупность объектов, из которых

производится выборкаｻ (Гмурман, 2001).

Анализируя приведенные определения, нужно выделить ряд

важных моментов:

1. Объем выборки (обозначается буквой n) не может превы-

шать объем генеральной совокупности (обозначается буквой N).

2. Объем генеральной совокупности часто представляется

теоретически бесконечным, но на практике он имеет конечные

размеры. Таким образом, n и N могут значительно различаться

в зависимости от целей и объектов исследования.

Пример: в качестве генеральной совокупности можно

рассматривать всех особей изучаемого вида или особей этого же

вида, обитающих на конкретной территории (географическая

популяция), в этом случае объем генеральной совокупности бу-

дет меньше; в генеральную совокупность могут входить несколь-

ко мелководных озер региона, или одно мелководное озеро

может рассматриваться как генеральная совокупность.

3. Совокупность единиц наблюдения в выборку должна

отбираться определенным образом, а именно случайно.

4. Любой исследователь стремится охарактеризовать объект

изучения в целом, поэтому выборка сама по себе не должна пред-

ставлять интереса для исследователя, она служит для оценки

генеральной совокупности, из которой извлечена.

Закономерно возникает вопрос: зачем биологу (экологу)

извлекать выборки из генеральной совокупности, если необхо-

димо охарактеризовать объект изучения в целом? Для этого более

целесообразным будет полное исследование генеральной сово-

купности, что позволит получить исчерпывающую информацию

об объекте изучения. Тем более что при этом будут отсутствовать

ошибки (о них мы поговорим в главе 4), неизбежно возникающие

в процессе отбора выборок из генеральной совокупности.

Дело в том, что сплошные исследования в биологии и эко-

логии, такие как, к примеру, оценка рыбопродуктивности путем

тотального вылова рыбы, имеют ряд существенных недостатков и

ограничений, которые преобразуются в преимущества при

проведении выборочного исследования.

Причины применения выборочного метода исследования:

1. Экономия времени, материальных и кадровых ресурсов

при проведении исследования, поскольку изучается лишь часть

генеральной совокупности.

2. Возможность изучать объекты, сплошное обследование

которых практически невозможно или нецелесообразно.

Пример: невозможен полный учет бактерио-, фито- или зоо-

планктона даже небольшого водоема, или фактически нереально

определить все виды растений, животных и микроорганизмов в

экосистеме, невыполнима задача отлова для изучения всех осо-

бей из популяции какого-либо вида насекомого, нецелесообразно

высеивать всю партию семян, чтобы определить их всхожесть,

или не имеет смысла отбирать 100 проб в одном и том же створе,

чтобы оценить экологическое состояние участка реки.

По этим причинам биологи и экологи практически всегда

вынуждены иметь дело с выборками, при этом от того, каким

образом была взята выборка из генеральной совокупности, будет

зависеть конечный результат исследования.

Пример: может ли исследователь получить правильное пред-

ставление о состоянии планктона озера в целом, анализируя про-

бы воды, отобранные на одной станции? Если исследователь для

изучения отбирает растения только в центре луга и не отбирает

их по краям, можно ли в итоге результаты подобного исследова-

ния переносить на всю луговую экосистему? Часто на физиологи-

ческих кафедрах университетов студенты, занимаясь научной

работой, ведут отбор испытуемых на биологических факультетах.

При этом выборки создаются из знакомых, сокурсников и друзей.

Могут ли такие выборки корректно отражать свойства генераль-

ной совокупности (все студенты биологического факультета)?

Математическая статистика на все поставленные вопросы

отвечает отрицательно. Для того чтобы лишь по части генераль-

ной совокупности, которая изучена, можно было правильно су-

дить о всей генеральной совокупности, выборка должна быть

репрезентативной, иначе представительной. Репрезентативность

выборки означает равную вероятность для всех единиц наблюде-

ния генеральной совокупности быть представленными в составе

выборки, другими словами, в выборке должны быть представле-

ны все возможные варианты изучаемой переменной в тех же про-

порциях, что и в генеральной совокупности. Во всех приведен-

ных примерах данное требование, очевидно, не было выполнено.

Каким образом можно достичь равной возможности для всех

единиц наблюдения попасть в выборку? Для этого при плани-

ровании исследований необходимо соблюдать принцип рандоми-

зации (от англ. random – случай) – случайный отбор элементов из

генеральной совокупности, исключающий систематические

ошибки. Рассмотрим наиболее часто употребляемые в биологии и

экологии способы формирования выборочных совокупностей

(Бейли, 1962; Урбах, 1964; Василевич, 1969; Плохинский, 1970;

Апостолов, Ивашов, 1981; Шмидт, 1984; Лакин, 1990).

Поиск по сайту: