Cuartiles

Las monedas de 25 centavos son una parte importante de la vida cotidiana. Tanto si te refieres a las monedas que tintinean en tu bolsillo como a la forma en que cortas un pastel, es probable que las monedas de 25 centavos hagan acto de presencia. La separación de objetos y datos en cuatro partes es una parte ineludible de las matemáticas. Un aspecto de la estadística en el que interviene algún tipo de cuartas partes es la determinación de los cuartiles. Sigue leyendo para saber cómo se relacionan los cuartiles y los cuartos.

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1/3

¿Qué cuartil separa el 50% superior de los datos del 50% inferior?

1/3

El rango semiintercuartílico es igual a _____.

1/3

Verdadero o Falso: Si el rango semiintercuartílico de un conjunto de datos es 17, entonces el rango intercuartílico es 34.

Siguiente

Definición de un cuartil

Supongamos que tienes un conjunto de observaciones y quieres hallar los cuartiles. Podrías pensar que, como los cuartiles y los trimestres comparten la misma raíz (quart, que significa un cuarto), el cuartil es sólo un cuarto de tus datos. No es así, ¡pero casi!

Un cuartil es una división de las observaciones en cuatro intervalos definidos en función de los valores de las observaciones y de cómo se comparan con el resto del conjunto de observaciones.

Suena mucho más complicado de lo que es. En pocas palabras, los cuartiles delimitan 25% de los datos, por lo que los cuartiles suelen llamarse así por los porcentajes:

  • el primer cuartil, Q1, es el percentil \(25^{text{th}});

  • el segundo cuartil, \(Q_2), es el percentil \(50^); y

  • el tercer cuartil, \(Q_3), es el percentil \(75).

El segundo cuartil es siempre la mediana de tu conjunto de datos.

Si tienes un número impar de observaciones en tu conjunto de datos, ¡excluye la mediana al hallar los cuartiles!

Veamos un ejemplo rápido.

Supón que tienes el conjunto de datos {43,52,68,79,94,100,113}. Halla el primer, segundo y tercer cuartil.

Solución:

Las observaciones del conjunto de datos ya están ordenadas, ¡lo cual es muy útil! Hay n=7 observaciones, que es un número impar, por lo que tendrás que excluir la mediana del conjunto al calcular los cuartiles. En este caso, la mediana es 79, así que eso es lo que excluirías.

La mitad inferior del conjunto de datos sería {43,52,68}, y la mediana de ese conjunto de datos es 52, por lo que el primer cuartil es Q1=52.

El segundo cuartil es la mediana (que es el punto que has excluido porque hay un número impar de puntos de datos), así que el segundo cuartil es Q2=79.

La mitad superior del conjunto de datos sería {94,100,113}, y la mediana de ese conjunto de datos es 100, por lo que el tercer cuartil es Q3=100.

Veamos algunos ejemplos más de cómo se relacionan las gráficas, las medianas y los cuartiles.

Mediana y cuartiles

Si tienes una distribución normal, la media y la mediana son iguales. Como la gráfica de la distribución normal es simétrica, el segundo cuartil está en el centro de la gráfica. Las distribuciones normales también tienen las propiedades de que para la media μ y la desviación típica σ

  • Q1=μ0,675σ;

  • Q2=μ; y

  • Q3=μ+0,675σ.

Te preguntarás cómo se le ocurrió a alguien esa fórmula. Recuerda que para la distribución normal estándar, tiene μ=0 y σ=1. Además, la puntuación z-que te da 25% del área bajo la curva entre 0 y z es z=0,675. Así que lo único que hacen las fórmulas anteriores es trasladar la información de la distribución normal estándar a una distribución normal que tiene una media y una desviación típica diferentes.

Cuartiles Gráfica de una distribución normal con líneas que indican dónde se sitúan sus valores cuartiles. Hay tres líneas que dividen la curva en cuatro cuartiles. Cada línea representa un valor de cuartil. Los cuartiles van del cuartil inferior, a la mediana y al cuartil superior StudySmarter Originals

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Fig. 1 - Cuartiles de un gráfico de distribución normal.

Si observas un diagrama de cajas, es relativamente fácil ver dónde están los cuartiles observando el diagrama. Un diagrama de cajas está diseñado para mostrarte exactamente dónde están los cuartiles.

Cuartiles Diagrama que muestra dónde se sitúan los valores de los cuartiles en un diagrama de caja. El cuartil inferior constituye el límite izquierdo de la

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Fig. 2 - Diagrama de caja con los cuartiles superior e inferior marcados junto con la mediana.

¿Qué ocurre si tienes datos sesgados? En el gráfico siguiente los datos están sesgados a la izquierda. Puedes seguir marcando los cuartiles, y corresponderán a la mediana de los datos, no a la media.

Los cuartiles sesgan los datos mostrando que la mediana no está situada en el centro del conjunto de datos StudySmarter

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Fig. 3. - Datos sesgados mostrando los cuartiles.

Tipos de cuartil

Hay dos tipos principales de cuartiles, el cuartil superior y el cuartil inferior. Ambos dependen de tener un conjunto ordenado de n observaciones.

El cuartil superior es la mediana de la mitad superior del conjunto de datos.

El cuartil inferior es la mediana de la mitad inferior del conjunto de datos.

Si n es impar, al calcular los cuartiles superior e inferior se excluye la mediana de todo el conjunto de datos.

Recuerda que la mediana es más resistente a los valores atípicos o asimétricos de tus datos. Por eso los cuartiles superior e inferior utilizan la mediana y no la media en sus cálculos.

Veamos un ejemplo rápido.

Supón que tienes el conjunto de datos del ejemplo anterior, {43,52,68,79,94,100,113}. Halla los cuartiles superior e inferior.

Solución:

La mitad inferior del conjunto de datos sería {43,52,68}, y la mediana es 52, por lo que el cuartil inferior sería 52. Observa que esto es lo mismo que el Q1.

La mitad superior del conjunto de datos sería {94,100,113}, y la mediana es 100, por lo que el cuartil superior es 100, que es lo mismo que Q3.

¿Siempre ocurrirá que el cuartil superior es igual a Q3 y el cuartil inferior es igual a Q1? Sí, ¡porque así es como están definidos! Para asegurarnos, veamos otro ejemplo.

Tomemos el conjunto de datos (\{6, 8, 15, 36, 40, 41, 41, 43, 43, 48\}\). Halla Q1, Q2 y Q3, junto con los cuartiles superior e inferior.

Solución:

En este conjunto de datos hay un número par de puntos, por lo que no habrá que apartar ninguno al hallar los cuartiles. Los puntos ya están ordenados, y la mediana del conjunto es

mediana=40+412=40,5=Q2.

La mitad inferior del conjunto de datos es \ (\{6, 8, 15, 36, 40\}\), y la mediana de ese conjunto es 15. Por tanto,

cuartil inferior=15=Q1.

La mitad superior del conjunto de datos es {41,41,43,43,48}, y la mediana de ese conjunto es \(43\). Así que

cuartil superior=43=Q3.

Rango de cuartiles

Encontrar el rango de tu conjunto de datos es relativamente sencillo.

El rango del conjunto de datos es el valor más alto menos el valor más bajo.

El rango intercuartílico es otro término con el que te puedes encontrar.

El rango intercuartílico, a menudo abreviado IQR, es la diferencia entre los cuartiles superior e inferior.

IQR = cuartil superior - cuartil inferior.

Recuerda que la desviación típica es una medida de la dispersión de los datos de un conjunto; en otras palabras, mide lo lejos que tienden a estar las observaciones del centro del conjunto de datos (la media).

El rango intercuartílico también es una medida de la dispersión de los datos de un conjunto, que se obtiene observando la mitad central de los datos:

  • si el rango intercuartílico es pequeño, la mitad central de los datos está muy agrupada, lo que indica una baja variabilidad; pero

  • si el rango intercuartílico es grande, la mitad central de los datos está más dispersa, lo que indica una mayor variabilidad.

Al fijarse en la mitad central de los datos, el rango intercuartílico evita verse influido por valores atípicos o extremos.

También es posible que veas una referencia al rango semiintercuartílico.

El rango semiintercuartílico es la mitad del rango intercuartílico.

Veamos un ejemplo de cómo encontrar estos elementos para un conjunto de datos.

Volvamos al conjunto de datos {43,52,68,79,94,100,113}. Ya sabes que Q1=52, Q2=79 y Q3=100. Halla el rango, el rango intercuartílico y el rango semiintercuartílico.

Solución:

El rango es el valor más alto del conjunto menos el valor más bajo del conjunto, por tanto

rango=11343=70.

El rango intercuartílico es

\[\begin{align}\text{IQR} &= Q_3 - Q_1 &= 100-52 &=48. \fin].

El rango semiintercuartílico es la mitad del IQR, por lo que

\text[\text{rango semi-intercuartílico} = \frac{48}{2}=24.\}

¡Siempre vienen bien más ejemplos!

Ejemplos de cuartiles

Veamos más ejemplos relacionados con los cuartiles.

Supongamos que tu conjunto de datos es \(\ {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,3, 17, 300\}). Halla los cuartiles primero, segundo y tercero, junto con el rango y el rango intercuartílico.

Solución:

Este conjunto de datos es un poco inusual, ¡ya que 0 se repite 10 veces en él! El rango es el valor mayor menos el valor mayor, así que

\text{rango} = 100 - 0 = 100.\}

Hay 16 observaciones en el conjunto de datos, y la mediana es 0. Por tanto, Q2=0. De hecho, la mitad inferior del conjunto de datos es todo ceros, por lo que Q1=0 también.

Para la mitad superior del conjunto de datos tienes {0,0,1,1,1,3,17,300}, y la mediana de ese conjunto es 1, así que Q3=1. Al hallar el IQR obtienes

IQR=Q3Q1=10=1.

El valor bajo de IQR indica que la mitad media de los datos no tiene mucha variabilidad. Puedes enumerar los cuartiles de los datos:

  • 25% más bajo de observaciones: {0,0,0,0};
  • 25% más alto de observaciones: \(1, 3, 17, 300); y
  • medio 50% de observaciones: {0,0,0,0,0,0,1,1}.

Como puedes ver, el 50% medio de las observaciones se agrupa en torno a cero, por eso el IQR es tan pequeño. No se ve afectado por los valores extremos del \(25\%) más alto de las observaciones.

El siguiente ejemplo muestra cómo puedes utilizar gráficos de caja para determinar los cuartiles y calcular los rangos intercuartílico y semiintercuartílico.

El diagrama de cajas de abajo muestra la distribución de edades de las mascotas de una guardería canina, donde la edad se mide en años. Con la información del diagrama de caja, calcula el rango intercuartílico y el rango semiintercuartílico.

Quartiles Box plot showing the distribution of children's ages at Sally's Daycare. The left boundary of the box coincides with 5.5 on the axis below the plot and the right boundary of the box coincides with 10 on the axis. The median coincides with 8.5 on the axis. The left "whisker" ends at 2 and the right "whisker" ends at 14 StudySmarter Originals

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Fig. 4 - Diagrama de caja de las mascotas de una guardería canina.

Solución:

En primer lugar, tienes que encontrar los valores de Q1 y Q3. Puedes hacerlo leyéndolos en el diagrama de caja:

  • Q1=5,5; y
  • Q3=10.

A continuación, calcula el rango intercuartílico mediante la fórmula

\[ \begin{align} IQR & = Q_3 - Q_1 &\= 10-5,5 &\= 4,5. \fin]]

Por último, calcula el rango semiintercuartílico:

Extra close brace or missing open brace

Las unidades de cada una de las respuestas son años.

Cuartiles - Puntos clave

  • Cada cuartil representa 25% de los valores de un conjunto de datos ordenados.
  • El cuartil inferior se denota por Q1 y el cuartil superior por Q3. El segundo cuartil se denomina Q2.
  • Para calcular Q2, calcula la mediana del conjunto de datos.
  • Los cuartiles superior e inferior se calculan determinando las medianas de las mitades superior e inferior del conjunto de datos, respectivamente. Si hay un número impar de valores en el conjunto de datos, se excluye la mediana al calcular los cuartiles superior e inferior.
  • El rango intercuartílico es igual a Q3Q1 y el rango semi-intercuartílico es igual a la mitad del rango intercuartílico.
Preguntas frecuentes sobre Cuartiles
¿Qué son los cuartiles en matemáticas?
Los cuartiles son valores que dividen un conjunto de datos en cuatro partes iguales, cada una representando un cuarto del total de datos.
¿Cómo se calculan los cuartiles?
Para calcular los cuartiles, se ordenan los datos de menor a mayor y se dividen en cuatro grupos iguales. Las posiciones clave son el Q1 (25%), Q2 (50%) y Q3 (75%).
¿Para qué sirven los cuartiles?
Los cuartiles ayudan a entender la dispersión y distribución de un conjunto de datos, permitiendo identificar su tendencia central y puntos extremos.
¿Cuál es la diferencia entre cuartiles y percentiles?
La diferencia es que los cuartiles dividen los datos en cuatro partes iguales (25%), mientras que los percentiles los dividen en 100 partes iguales (1%).
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.

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