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2. 통계에서의 실험계획

| 2012.11.21 12:14 | Posted by 깨비형

1. 실험계획  


1) 실험사례

  1975년 펩시콜라 임원이던 래리 스미스(Larry Smith)는 코카콜라를 이기기 위해서 이미지나 감정에 호소하는 것 보다는 코카콜라와 제품 대 제품으로 비교하는 직접적인 방법이 필요하다고 주장했다. 이렇게 하여 텍사스 댈러스에서 시작된 펩시챌린지는 일종의 블라인드테스트(blind test)로 소비자에게 브랜드를 보여주지 않고 펩시콜라와 코카콜라 중 맛이 좋은 콜라를 선택하도록 하고 이를 몰래 카메라로 촬영하여 광고에 활용한 것이다.

  결과는 펩시의 승리였다. 블라인드 테스트에 응한 소비자의 52%가 펩시에, 48%가 코카콜라에 손을 들어준 것이다.

  이 광고 후 이 지역에서의 펩시 시장점유율은 6%에서 14%로 수직 상승했으며 펩시콜라는 펩시챌린지 캠페인을 점차 다른 지역으로 확대 실시하였고 1980년대에는 미국뿐만 아니라 전 세계에서 펩시챌린지 광고를 볼 수 있게 된다.


2) 개념설명

① 실험계획의 개요 

▷ 실험이란 : 과거의 경험에만 의존하면 과거에 경험 못한 새로운 사태에 직면할 때 큰 실수를 범할 수도 있고 발전이 지체한다. 때문에 적극적으로 새로운 경험을 추구하여 현상을 보다 발전적으로 전진시키려 하는데 그것이 바로 실험이다.

② 실험계획법이란? 

▷ 실험계획법의 정의 : 실험에 대한 계획방법. 해결하고자 하는 문제에 대해 실험을 어떻게 행하고, 데이터를 어떻게 취하며, 어떠한 통계적 방법으로 데이터를 분석하면 최소의 실험 횟수에서 최대의 정보를 얻을 수 있는가를 계획하는 것이다.

▷ 실험계획법의 중요한 점 : 실험을 통해 수집한 데이터를 어떻게 분석 하는가도 실험계획법의 중요한 한 축을 이룬다. 하지만 잘못된 실험을 통해 얻은 데이터를 아무리 분석해도 가치 있는 정보를 얻을 수 없다. 따라서 실험 데이터의 해석방법 이전에 어떻게 실험하여 가치 있는 데이터를 얻을 것인가를 중요시해야 한다.

▷ 실험계획법의 활용 : 1920년대에 영국의 R. A. Fisher(1890~1962)에 의해서 기초가 마련되고 농업시험에서 주로 활용. 의약품이나 독극물의 동물실험, 임상실험, 음식물 맛보기 실험(관능검사), 시장조사에도 활용하는 등 그 활용범위가 계속 확대되고 있다.

③ 실험계획법의 목적과 진행 순서 

▷ 실험계획법의 목적 : 실험에 영향을 미친다고 생각할 수 있는 많은 과학적인 원인에 대하여 어느 정도의 유의한 영향이 있는지, 어떤 조건에서 가장 바람직한지 등을 알아내고자 하는데 그 목적이 있음

▷ 실험계획법의 순서 : 실험을 계획 → 데이터를 분석 → 실제적용 시키는 일련의 과정은 일반적으로 다음과 같은 순서에 따른다. 이를 아래와 같이 일곱 단계로 나누어 볼 수 있다.


이러한 실험계획순서는 실제로 연구 분야나 생산 분야에서 더 많이 사용되고 있으며, 실험  계획을 위해 지켜야할 기본 원리 등 훨씬 복잡한 이론들이 있다. 

④ 잘못된 사례

- 온라인 수업과 강의실 수업(사례) : 미국의 한 대학에서 온라인 강의에 관한  연구를 실시하였다. 학생들 스스로 강의실 수업과 온라인 수업을 선택하여 듣게 한 후 학습결과를 측정 하였다. 그 결과 학부 수업을 온라인으로 듣는 것과 강의실에서 듣는 것에 차이가 없다고 주장했다. 


* 연구결과 혹은 성과를 측정하는 변수 : 반응변수

* 실험에 있어 연구되는 개체 : 실험대상

* 반응변수의 변화를 일으키는 혹은 설명하는 변수 : 설명변수


○ 위의 연구는 실험이라고 할 수 없다. 그 이유는 무엇인가?

▷ 대학생들 스스로 수업방식을 선택하게 하였으므로 어떤 처리도 이루어지지 않아 실험이라고 할 수 없다.(현상에 대한 관측만 있었을 뿐이다.)

▷ 강의 시작 전 테스트에서 온라인 수업방식을 선택한 대학생들의 평균성적이 강의실 수업을 선택한 대학생들보다 더 높았다.

○ 위의 연구가 실험이 되려면 어떻게 해야 하는가?

▷ 연구자가 대학생들 일부는 강의실 수업을 듣게 하고 나머지 학생들은 웹에서     수업을  받도록 하는 것이다.


<쉬어가기>

  영국수상을 지낸 디즈레일리(Disraeli)는 항상 통계수치를 인용하는 것으로 유명했다.

  국회에서 의원들의 날카로운 질문에 대해 각종 통계수치를 조목조목 인용해 대답함으로써 의원들의 예봉을 잘 피해 나갔다고 한다.그리고 대답을 할 때마다 그는 항상 메모지를 보면서 각종 통계수치들을 인용했다고 한다. 디즈레일리 수상이 국회에서 답변을 하던 어느 날에 일어난 일이었다. 수상은 그 날도 그의 특기를 살려서 숫자가 포함된 조리있는 대답으로 의원들의 말문을 막았다. 그런데 수상이 자기 자리로 돌아올 때 실수를 해 그의 메모지를 바닥에 떨어뜨렸다. 그러자 수상의 통계수치 인용에 대해 평소에 감탄(?)해온 한 호기심 많은 국회의원이 그것을 주웠다. 그 의원은 도대체 메모지에 무엇이 써 있을까 하는 것이 매우 궁금했던 것이다. 메모지를 본 의원은 깜짝 놀랐다. 수상이 열심히 들여다보며 참고를 했던 메모지는 숫자 하나 적혀있지 않은 백지였던 것이다.



2. 실험


1) 실험사례

  앞에서 본 펩시챌린지에서 참가자들은 두 눈을 가리고 두 종류의 콜라를 시음한 후 선택을 하도록 하였다. 이 실험에서 펩시측에서는 코카콜라 소비자들이 어떤 콜라인지 상표를 보지 않고 시음을 한다면 펩시콜라를 더 선호한다는 것을 보이길 원했습니다. 처음에는 코카콜라를 즐겨 마신다고 말한 모든 사람들에게 상표를 알 수 없도록 미리 컵에 담아 놓은 두 종류의 콜라를 시음하게 한 후 어떤 것을 더 좋아하는지 알아보았는데 펩시를 선택한 사람들이 더 많은 결과가 나타났다. 이 실험에서 펩시콜라가 담긴 컵은 M, 코카콜라가 담긴 컵은 Q와 같이 서로 다른 문자로 미리 표시되어 있었다. 이 실험 결과를 놓고 코카콜라측에서는 잘못된 실험이라고 주장하였고,  펩시측에서는 참가자의 눈을 가리고 실험을 해서 같은 결과를 가져왔고 이를 광고로  활용하였습니다.


○ 코카콜라측에서 잘못된 실험이라고 주장한 이유는 무엇일까요?

▷ 콜라의 종류를 구분하기 위해 컵에 표시해 놓은 알파벳 문자 때문이다. 실험참가자들은 Q라는 알파벳보다 M을 더 선호한다는 것이다. 물론 그 주장이 약간 억지처럼 보일 수 있으나 전혀 배제할 수 없는 주장이므로 이 실험은 블라인드 테스트(눈을 가린 채 콜라의 맛을 보고 선택하는 것)로 변경된 것이다. 


2) 개념설명

① 잠재변수에 대한 교락

- 교락이란 : 두 가지 이상의 요인효과가 서로 섞여서 각 효과들을 분리할 수 없는 경우 즉, 실험자가 독립변수와 종속변수간의 관계를 설명하는 여러 대안들을 논리적으로 선별할 수 없는 경우이다.  

- 교락에 대한 잘못된 예 : 의약회사가 200명의 자원 피실험자(남자100명, 여자100명)를 대상으로 새로운 감기약을 시험했다고 하자. 남자에게는 약을 주고 여자에게는 약을 주지 않았다. 시험이 끝날 때, 남자 중에 감기 걸린 사람이 더 적었다고 하자. 이 실험에서는 전혀 제어를 하지 않아 많은 변수의 효과가 교락 되었고, 약의 효과가 있는지 여부를 말할 수 없다. 예를 들어 약의 복용과 성별의 효과가 교락되었다. 실험기간 동안 남성은 잘 안걸리는 특정 감기 바이러스가 유행했을 수도 있고, 신약 효과가 전혀 없을 수도 있다. 또는 남성은 위약효과를 나타낸 것일 수도 있다.

-위 실험에 대한 제어 : 먼저, 남성과 여성을 처리 조건에 임의로 배정한다. 대조군으로 위약을 주고 눈가림을 하고, 다른 처리조건은 약을 준다. 그 후에 약을 받은 그룹이 대조군에 비해 감기 걸린 사람이 충분히 적다면 약이 감기를 예방하는데 더 효과적이라고 결론내리는 것이 타당할 것이다. 

-표본조사에서 직면하는 문제 : 무응답(만나기는 했지만 응답을 거부하는 경우도)이다. 시대가 발전함에 따라 사람들은 점덤 더 질문에 대답하기를 원하지 않는 경향이 있는데 특히 전화 질문에 대해서 그렇다. 무응답으로 인해 애써 추출한 표본이 한 쪽으로 치우칠 수가 있다.



3. 내용정리


  • (반응변수)는 실험에서 연구 결과 혹은 성과를 측정하는 변수이다. 
  • (설명변수)는 실험에서 반응변수의 변화를 일으키는 혹은 설명하는 변수이다. 
  • (잠재변수)는 변수들 관계에 중요한 영향을 주지만 설명변수나 연구에 포함되지 않은 변수를 말한다. 
  • (교락)은 반응변수에 영향을 주는 두 변수의 효과를 구별해 낼 수 없는 경우를 말하는데 교락된 변수는 설명변수일 수도 있고 잠재변수일 수도 있다.
  • 임상실험에서는 (위약효과)가 매우 강하므로 모든 실험대상에 대해 동등한 처리를 한다.
  • (실험계획법)은 데이터를 수집하는 방법을 설계하는 유력한 기법이다.





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