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Ⅱ. 데이터 준비와 분석13차시

합치면
뒤집힌다

1973년 버클리 대학원 입학 자료를 세 가지 방법으로

1973년 가을, 미국 버클리 대학원의 합격률은 남학생 44.5%, 여학생 30.4%였습니다. 숫자는 정확했고, 대학은 차별 소송을 걱정했습니다. 그런데 같은 자료를 학과마다 나눠 보자 결론이 반대로 섰습니다. 어느 쪽이 맞을까요?

  • [12데과02-04]
  • 50분네 정거장
  • 도구pandas — groupby · pivot
  • 자료버클리 1973 대학원 지원 12칸(실제 집계)
Ⅱ 단원 지도13 / 14차시
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학습 목표

  1. 개념에서

    합친 비율이 칸별 비율 × 그 칸의 비중의 합임을 알고, 비중이 결론을 뒤집을 수 있음을 설명할 수 있다.

  2. 손으로

    같은 12칸에 세 가지 분석 방법(합쳐 보기 · 나눠 보기 · 같은 틀 씌우기)을 적용해 결과를 나란히 놓을 수 있다.

  3. 확인에서

    세 결과가 각각 어떤 물음에 답하는지 짝짓고, 이 자료로 말할 수 있는 것과 없는 것을 가를 수 있다.

1
여는 장면 · 5분

숫자는 맞았다 — 남 44.5%, 여 30.4%

1973년 가을, 미국 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스 대학원의 입학 집계가 나왔습니다. 지원자가 가장 많은 여섯 학과만 추리면 4,526명 — 남학생 2,691명, 여학생 1,835명입니다. 합격자는 남학생 1,198명(44.5%), 여학생 557명(30.4%)이었어요.

두 숫자의 차이는 14.2%p입니다. 셈은 한 군데도 틀리지 않았습니다. 이 숫자를 받아 든 대학은 성차별 소송을 걱정했습니다. 그리고 대학 안의 연구자 세 사람이 같은 자료를 다시 들여다보았지요.

그들이 한 일은 새 자료를 모으는 것이 아니었습니다. 같은 12칸을 다른 방법으로 다시 본 것뿐이었어요.

대학 소식 · 기사 모양은 가상

대학원 합격률 남 44.5% 대 여 30.4% — 14.2%p 벌어져

숫자는 1973년 가을 버클리의 실제 집계입니다 · 기사 모양은 수업을 위해 지어낸 것입니다
표 1오늘 다루는 자료 전부 — 12칸버클리 1973년 가을 · 지원자가 많은 6개 학과
학과남 지원남 합격여 지원여 합격학과별 합격률
A82551210889가려 둠
B5603532517가려 둠
C325120593202가려 둠
D417138375131가려 둠
E1915339394가려 둠
F3732234124가려 둠
합계2,6911,1981,835557남 44.5% · 여 30.4%

이것이 오늘 다루는 자료 전부입니다. 새 자료는 한 칸도 더 오지 않아요. 맨 아랫줄의 두 합격률만 계산해 두었고, 학과마다의 합격률은 아직 가려 두었습니다 — 3정거장 코드 ②가 엽니다. 자료: UC 버클리 1973년 가을 대학원 지원 집계 — Bickel·Hammel·O'Connell, Science 187(1975) · 원장이 berkeley_1973.csv 로 구웠다

먼저 예측

표 1의 맨 아랫줄만 지우고 다시 봅시다. 여섯 학과 가운데 여학생 합격률이 더 높은 학과는 몇 개일까요? 0부터 6 사이의 수 하나와, 그 수가 맞다면 합친 결과는 어느 쪽이 높을지를 한 문장으로 적어 두세요. 3정거장 「손으로」 미션 ②에서 여러분의 예측과 실제를 맞대어 봅니다.

체크포인트 1

12칸짜리 표 하나를 손에 넣었고, 맨 아랫줄과 위 여섯 줄이 서로 다른 말을 한다는 것을 보았다.

다음 정거장 · 개념 15분 →
2
개념 · 15분

합친 비율은 평균이 아니라 가중평균이다

2-1합친 비율을 분해하면 두 조각이 나온다

여학생 전체 합격률 30.4%는 학과별 합격률 여섯 개(82.4 · 68.0 · 34.1 · 34.9 · 23.9 · 7.0%)를 그냥 더해 여섯으로 나눈 값이 아닙니다. 그렇게 하면 41.7%가 나와요.

실제로 계산되는 것은 이것입니다.

식합친 비율 = Σ(칸별 비율 × 그 칸의 비중)

여학생의 경우 0.824 × 0.059 + 0.680 × 0.014 + 0.341 × 0.323 + … = 0.304. 칸별 비율은 "그 학과가 얼마나 어려운가"이고, 칸의 비중은 "그 학과에 몇 %가 지원했나"입니다. 3정거장 코드 ④의 마지막 두 줄이 이 등식을 실제로 확인합니다.

그러니 합친 비율은 실력만의 숫자가 아닙니다. 비중이 다르면, 칸별 비율이 모두 같아도 합친 값이 달라집니다. 거꾸로 칸별 비율이 모두 한쪽에 유리해도 비중 때문에 합친 값이 반대로 설 수 있어요. 그것이 오늘의 사건입니다.

2-2나눠 보면 뒤집힌다 — 심슨의 역설

같은 자료를 합쳐 볼 때와 칸마다 나눠 볼 때 결론이 반대로 서는 일을 심슨의 역설이라고 부릅니다. 마법이 아니라 위 식의 두 조각이 서로 반대 방향으로 밀었을 뿐이에요. 그림 1의 두 판을 왼쪽부터 차례로 보세요.

그림 1칸별 비율(왼쪽)과 칸의 비중(오른쪽)주황 = 여학생 · 띠의 주황 칸 = 합격률 40% 미만 학과
① 학과마다 나눠 보면여섯 중 넷에서 여학생이 높다남학생여학생0255075100%ABCDEF▲ = 여학생 합격률이 더 높은 학과 — A · B · D · F 넷 ② 누가 어느 학과에 지원했나띠 하나가 그 성별 전체남ABCDEF합격률 40%가 안 되는 C~F 에 49%여ACDEF합격률 40%가 안 되는 C~F 에 93%주황 칸 = 학과 전체 합격률이 40%가 안 되는 학과(C · D · E · F) ① 학과마다 나눠 보면여섯 중 넷에서 여학생이 높다남학생여학생0255075100%ABCDEF▲ = 여학생 합격률이 더 높은 학과 — A · B · D · F 넷 ② 누가 어느 학과에 지원했나띠 하나가 그 성별 전체남ABCDEF합격률 40%가 안 되는 C~F 에 49%여ACDEF합격률 40%가 안 되는 C~F 에 93%주황 칸 = 합격률 40% 미만 학과(C~F)

왼쪽 판에서는 여섯 중 넷에서 여학생 막대가 더 높습니다(▲ 표시). 오른쪽 판에서는 여학생 띠의 93%가 합격률 40% 미만인 C~F 에 몰려 있습니다 — 남학생은 49%입니다. 왼쪽이 미는 방향과 오른쪽이 미는 방향이 다르고, 오른쪽이 더 셉니다. 자료: 버클리 1973 12칸(원장 계산 — 코드 ②의 출력과 같은 값)

Ⅱ-12 에서 가져옴12차시에서는 무엇으로 나누느냐(분모)가 등수를 바꿨습니다. 오늘은 한 단계 더 깊은 자리입니다 — 어느 수준에서 합치느냐(집계 수준)가 결론의 방향을 바꿉니다.

2-3어디서 갈렸나 — 물이 흘러드는 순서로 보면

학과를 A부터 하나씩 합쳐 가며 그때까지의 합격률을 적어 보면 어느 칸에서 갈렸는지가 한눈에 보입니다. 이 차시는 이것을 수면 기록 띠라고 부릅니다 — 학과를 A부터 하나씩 합칠 때마다 그때까지의 합격률을 한 칸씩 적어 둔 줄이라는 뜻입니다.

여학생: 82.4 → 79.7 → 42.4 → 39.9 → 35.7 → 30.4%. 남학생: 62.1 → 62.5 → 57.6 → 52.8 → 50.7 → 44.5%.

여학생 쪽은 C를 합치는 순간 37.3%p가 꺼집니다. 같은 C인데 남학생은 4.9%p만 내려가요. C 학과의 합격률은 남녀가 비슷한데(36.9% 대 34.1%) 거기 지원한 사람 수가 전혀 다르기 때문입니다 — 남학생 325명, 여학생 593명. 여학생 전체의 32.3%가 그 한 학과에 있었어요.

3정거장의 시뮬레이터 「연결된 수조」는 이 장면을 물로 보입니다. 탱크의 폭이 지원자 수, 물높이가 합격률입니다. 밸브를 열면 물이 섞이고, 넓은 탱크의 낮은 물이 좁은 탱크의 높은 물을 끌어내립니다.

기록 띠A부터 하나씩
남여C100%0
여 · C 밸브 −37.3%p남 · C 밸브 −4.9%p

자료: 버클리 1973 — 코드 ③이 찍는 기록 띠와 같은 값

2-4세 번째 방법 — 같은 틀을 씌워 다시 계산한다

합쳐 보기(방법 ①)는 "대학 전체에서 누가 더 많이 붙었나"에 답합니다. 나눠 보기(방법 ②)는 "학과 안에서 차이가 있었나"에 답하고요. 그런데 나눠 보기는 숫자가 여섯 쌍이라 한 문장으로 요약하기 어렵습니다. 그래서 통계에는 세 번째 방법이 있습니다.

방법 ③표준화 — 두 무리에 같은 비중을 씌워 다시 더한다. 구성의 차이를 걷어 낸 뒤의 비교다.

"두 성별이 똑같은 학과 분포로 지원했다면 어땠을까?"를 계산하는 것입니다. 남녀를 합친 지원 분포(A 20.6 · B 12.9 · C 20.3 · D 17.5 · E 12.9 · F 15.8%)를 두 성별 모두에게 씌우고 학과별 합격률을 다시 더하면 남 38.7% · 여 43.0% — 여학생이 4.3%p 높습니다.

같은 12칸에서 세 개의 답이 나왔습니다. 셋 다 계산은 맞습니다. 다른 것은 물음이에요. 어느 분포를 '공통'으로 잡느냐에 따라 격차의 크기도 달라집니다(더 알아보기 ③).

여학생 A 학과 · 합격률과 지원 비중
82.4%합격률
인데
5.9%지원 비중
합격률82.4%지원 비중5.9%

물높이는 가장 높은데 폭이 가장 좁다 — 전체에 보태는 몫이 작다.

어려운 학과(C~F)에 지원한 비중
49%남학생
vs
93%여학생
남학생49%여학생93%

뒤집힘을 만든 칸은 여기다 — 지원 비중 열.

여학생 A를 전원 합격으로 바꾸면
30.4%지금
→
31.4%A 100%
지금30.4%A→100%31.4%

합격자가 19명 늘 뿐이다 — 한 칸의 힘은 물높이가 아니라 폭.

여 − 남 · 방법 ①과 방법 ③
−14.2%p합쳐 보기
vs
+4.3%p같은 틀
①−14.2%p③+4.3%p여 − 남 0

같은 12칸, 같은 셈. 방향이 뒤집힌다.

자료: 버클리 1973 12칸 — 위 네 쌍의 숫자는 모두 코드 ① · ② · ③ · ④가 찍는 값이다.

합친 비율을 읽는 나침반 — 네 방향을 차례로

  1. 칸별 비율칸마다 따로 세면 어느 쪽이 높은가 — 몇 칸에서 그런가
  2. 칸의 비중누가 어느 칸에 몰렸나 — 어려운 칸에 몰린 쪽은 누구인가
  3. 합친 값둘이 곱해져 나온 숫자다 — 실력인가 구성인가
  4. 묻는 물음지금 답하려는 물음에 맞는 집계 수준은 어디인가

그래서 '합친 숫자가 크다 = 그 집단이 더 잘했다'도 틀릴 수 있습니다. 나눠 볼지 합쳐 볼지는 계산이 아니라 물음이 정합니다.

체크포인트 2

합친 비율이 ‘칸별 비율 × 칸의 비중’의 합임을 알고, 세 방법이 서로 다른 물음에 답한다는 것을 말할 수 있다. 이제 직접 계산해서 확인한다.

다음 정거장 · 손으로 20분 →
3
손으로 · 20분

같은 12칸에 세 가지 방법을 차례로

1

방법 ① 모두 합쳐서 본다

2분

여는 장면에 적어 둔 내 예측입니다. 먼저 이것부터 — 코드 ①이 찍을 두 숫자는 표 1 합계 줄의 44.5% · 30.4% 그대로일까요? 셈이 어디서 나오는지 보며 확인합니다.

기본 빈칸 ①에 합격률을 내는 식을 채우고 ▶ 실행합니다. groupby("성별") 이 12칸을 두 줄로 접고, 그 두 줄에서 합격률을 냅니다.

도전 groupby("성별") 의 한 낱말만 groupby("학과") 로 바꿔 보세요. 학과마다의 합격률이 나옵니다 — A 64.4 · B 63.2 · C 35.1 · D 34.0 · E 25.2 · F 6.4%. 같은 대학 안에서 합격률이 열 배 차이 납니다.

탐구 합격률 대신 합격자 수(남 1,198명 · 여 557명)로 견주면 차이가 훨씬 커 보입니다. '차별이 있었나'를 따질 때 봐야 하는 것은 둘 중 어느 쪽인지, 그 까닭과 함께 적어 보세요.

이 두 줄로 확실히 말할 수 있는 것은 이고, 아직 말할 수 없는 것은 이다. 그것을 보려면 가 필요하다.

확인 문제 4에 적어 제출 →
2

방법 ② 학과마다 나눠서 본다

4분

표 1에서 가려 두었던 칸을 엽니다. 여는 장면에 적은 내 예측 — 여학생 합격률이 더 높은 학과는 몇 개였나요?

기본 빈칸 ②를 채워 지원자 수를 비중으로 바꿉니다. 열마다 합이 1이 되어야 해요 — '남학생 전체의 몇 %가 이 학과에 갔나'가 되도록.

도전 마지막 블록의 0.40 을 0.35 로 한 숫자만 바꿔 보세요. '어려운 학과'가 D · E · F 셋으로 줄어도 남 36% · 여 60% — 쏠림은 그대로입니다. 기준을 옮겨도 무너지지 않는 관찰인지 확인하는 일이에요.

탐구 이 표로 '왜 여학생이 경쟁이 센 학과에 몰렸나'에 답할 수 있나요? 답할 수 없다면 무엇이 더 있어야 하는지 적어 보세요.

여섯 중 넷에서 여학생이 높은데 합치면 남학생이 높다. 그 까닭은 표의 열에 있다 — 여학생은 학과에 % 가 지원했고 남학생은 % 였기 때문이다.

확인 문제 1에 적어 제출 →
3

연결된 수조 — 세 방법을 손으로 차례로

8분

표 두 장으로 본 것을 이제 물로 봅니다. 탱크의 폭이 지원자 수, 물높이가 합격률, 그래서 물의 양이 합격자 수입니다. 밸브를 다 열면 이어진 탱크의 수면은 한 높이에서 멈춰요. 그 높이가 어디일지 남·여 각각 예측선을 놓고 잠그세요 — 잠그기 전에는 밸브가 열리지 않습니다.

이 차시의 말 세 가지를 먼저 익힙니다. 밸브는 이웃한 두 탱크의 바닥 관을 여는 손잡이, 기록 띠는 학과를 A부터 하나씩 합칠 때의 합격률을 한 칸씩 적어 둔 줄, 거푸집은 두 선반의 탱크 폭을 같은 비율로 다시 잡아 주는 틀입니다.

시뮬레이터

연결된 수조

밸브를 열면 여학생 호수는 어디서 멈추나

  1. 1남·여 예측선을 놓고 [예측 잠그기]
  2. 2밸브를 A 쪽부터 톡 쳐 물을 섞는다
  3. 3포개기 · 빚기 · 거푸집으로 방법을 바꾼다
내 예측 — 밸브를 다 열면 수면이 어디서 멈출까
분석 방법 — 같은 12칸을 다르게 본다
도전 — 호스 대결
방법 ① 모두 합쳐서 본다폭 = 지원자 수 · 물높이 = 합격률 · 물의 양 = 합격자

수면 = 이어진 탱크의 물을 모두 더해 폭의 합으로 나눈 값 — 곧 Σ합격 ÷ Σ지원. 좁은 탱크의 높은 물은 넓은 탱크의 낮은 물을 거의 못 끌어올린다

밸브는 A 쪽부터 차례로 열린다 — 그래야 기록 띠가 ‘학과를 A부터 하나씩 합칠 때의 합격률’ 과 같은 줄이 된다(코드 ③이 찍는 줄)

여 − 남 · 전체—%p
남학생 전체44.5
여학생 전체30.4
열린 밸브0/10
여학생이 높은 학과—
내 예측 오차—
도전 1

두 선반의 밸브를 모두 열고, 여학생 기록 띠에서 가장 크게 떨어진 칸을 톡 쳐라. 같은 칸에서 남학생은 얼마나 떨어졌는가?

도전 2

빚기에서 여학생 탱크를 하나씩 톡 쳐 100% 로 올려라. 여섯 학과를 모두 판정하면 — 남학생 44.5% 에 닿는 학과는 몇이고 어디인가?

도전 3

호스 대결 — 탱크를 둘씩 톡 쳐 이어 방을 만든다. 모든 방에서 여학생이 이기는 나누기를 하나 찾아라(방은 둘 이상).

자료: UC 버클리 1973년 가을 대학원 지원 12칸(../data/berkeley_1973.csv) — 폭 · 수면 · 기록 띠 · 거푸집 · 호스 판정은 모두 이 12칸에서 판이 그 자리에서 계산한다. 가상 자료 없음. 쪽이 열릴 때 판이 원장 값 스무 가지를 스스로 다시 세어 어긋나면 콘솔에 남긴다.

여학생 A 탱크를 가득 채워도 호수는 거의 오르지 않는다. 한 칸이 전체를 움직이는 힘은 물높이가 아니라 이기 때문이다. 그래서 합친 비율은 보다 를 더 많이 말한다.

확인 문제 2에 적어 제출 →
4

수조를 코드로 — 기록 띠와 ‘한 칸을 100%로’

2분

판에서 본 숫자가 코드에서도 그대로 나오는지 봅니다. 먼저 하나만 짐작해 두세요 — 여학생 A 학과 합격자를 108명 전원(100%)으로 바꾸면, 여학생 전체 합격률 30.4%는 몇 %가 될까요?

기본 코드 ③은 채워져 있습니다. 그대로 ▶ 실행해 판의 기록 띠와 한 칸까지 같은지 맞대어 보세요.

도전 w2.loc["A", "합격"] = 108 한 줄을 w2.loc["C", "합격"] = 593 으로 바꿔 보세요(C를 100%로). 여학생 전체가 51.7%가 됩니다 — 늘어난 합격자가 A는 19명, C는 391명이기 때문이에요. 한 칸의 힘은 물높이가 아니라 폭입니다.

탐구 여학생 호수를 남학생(44.5%)까지 올리려면 어느 학과 합격률을 몇 %로 올려야 할까요? 가장 적게 올려도 되는 학과를 찾고, 왜 그 학과인지 적어 보세요(판의 도전 2가 여섯 학과를 모두 판정해 줍니다).

A를 100%로 올려도 전체가 31.4%에 그치는 까닭은 A의 이(가) 명뿐이기 때문이다. 같은 일을 C에 하면 % 가 되는데, C의 이(가) 명이기 때문이다.

확인 문제 5에 적어 제출 →
5

방법 ③ 같은 틀을 씌워 다시 계산한다

4분

마지막 방법입니다. 두 성별이 남녀를 합친 지원 분포로 똑같이 지원했다면 — 학과별 합격률은 그대로 두고 비중만 같게 맞추면 — 누가 몇 %p 높을까요? 판에서 거푸집을 씌워 본 숫자를 떠올려 보세요.

기본 빈칸 ③에 씌울 공통 비중을 채우고 ▶ 실행합니다. 마지막 두 줄은 검산이에요 — 방법 ①의 합격률이 정말 ‘학과별 합격률 × 자기 지원 비중’의 합인지 확인합니다.

도전 common 줄을 common = share["남"] 으로 바꿔 ‘남학생 분포’를 씌워 보세요 — 여 − 남 = +7.1%p. share["여"] 면 +0.1%p. 방향은 세 번 모두 같고 크기만 틀을 따라 흔들립니다.

탐구 여러분이 이 대학의 보고서를 쓴다면 어느 분포를 ‘공통’으로 쓰겠습니까? 고른 까닭과, 보고서에 함께 적어야 할 것을 적어 보세요.

세 방법은 셋 다 옳게 계산되었다. 방법 ①은 에, 방법 ②·③은 에 답한다. 결과가 다른 까닭은 수조의 을(를) 누가 정했느냐가 방법마다 다르기 때문이다.

확인 문제 3에 적어 제출 →
체크포인트 3

같은 12칸에서 세 개의 결과를 직접 만들어 냈고, 검산 두 줄로 ‘합친 비율 = Σ(칸별 비율 × 비중)’ 을 확인했다.

다음 정거장 · 정리·확인 10분 →
4
정리·확인 · 10분

오늘의 탐험 일지

  1. 찾은 것

    같은 12칸에서 세 개의 결론이 나왔다 — 남 +14.2%p · 여학생이 높은 학과 4/6 · 여 +4.3%p. 셋 다 계산은 옳다.

  2. 도구의 한계

    합친 비율은 실력과 구성을 섞어 놓은 숫자다. 한 숫자만 보면 어느 쪽이 얼마나 섞였는지 알 수 없다.

  3. 보고의 규칙

    비율을 합쳐 보고할 때는 칸별 비율과 칸의 비중을 함께 싣고, 표준화를 했다면 어느 분포를 기준으로 삼았는지를 밝힌다.

✍️ 문제마다 답을 쓰고 제출하기를 누르세요. 제출하면 모범 답안이 열리고, 제출한 답은 선생님께 전달됩니다.

1. 여학생 합격률이 더 높은 학과가 6개 중 4개인데 전체로는 남학생이 14.2%p 높다. 코드 ②가 찍은 표의 어느 열이 이 뒤집힘을 설명하는지 쓰고, 그 열의 숫자를 근거로 들어 설명하시오.
📖 모범 답안

‘지원·남’ · ‘지원·여’ — 지원 비중 열이다.

여학생은 합격률이 40%가 안 되는 학과(C · D · E · F)에 93%가 지원했고, 남학생은 49%였다. 남학생은 합격률이 60%대인 A·B에 51%(0.307 + 0.208)가 몰려 있다. 합격률이 낮은 칸에 사람이 몰린 쪽은 칸마다 이기고도 합치면 진다.

식으로 보면 합친 비율 = Σ(학과별 합격률 × 그 학과의 지원 비중)이다. 앞의 조각(합격률)은 여학생에게 유리하게, 뒤의 조각(비중)은 불리하게 밀었고 뒤가 더 셌다.

2. 여학생 전체 합격률 0.304 가운데 A와 B 두 학과가 보탠 몫을 계산하시오. (코드 ②의 표에서 A: 합격률 0.824 · 지원 비중 0.059, B: 0.680 · 0.014) 계산한 값이 말해 주는 것을, 시뮬레이터에서 본 A 탱크의 모양과 함께 쓰시오.
📖 모범 답안

A: 0.824 × 0.059 ≈ 0.049, B: 0.680 × 0.014 ≈ 0.010 — 합 약 0.059다. (표의 비중은 소수 셋째 자리까지 반올림한 값이다. 반올림하지 않고 계산하면 0.0486 + 0.0093 = 0.0578.) 여학생 전체 0.304의 5분의 1도 안 된다.

합격률이 가장 높은 두 학과인데 전체에 보태는 몫은 이렇게 작다. 지원자가 거의 없었기 때문이다(A 108명 · B 25명).

수조에서 A 탱크는 물높이가 가장 높은데 폭이 실처럼 가늘다. 물의 양(= 합격자)은 높이 × 폭이므로, 폭이 없으면 아무리 높아도 호수의 수면을 끌어올리지 못한다. 그래서 A를 100%로 채워도 전체는 30.4% → 31.4%(합격자 19명 증가)에 그친다.

3. 방법 ③에서 두 성별에게 같은 학과 분포를 씌운 까닭을, 방법 ①의 숫자(남 44.5% · 여 30.4%)와 방법 ③의 숫자(남 38.7% · 여 43.0%)를 들어 설명하시오. 그리고 세 방법이 각각 어떤 물음에 답하는지 짝지으시오.
📖 모범 답안

방법 ①의 차이(남 44.5% 대 여 30.4%, 14.2%p)에는 두 가지가 섞여 있다 — ㉮ 학과 안에서의 합격률 차이, ㉯ 누가 어느 학과에 지원했나(구성). 지원 분포를 같게 맞추면 ㉯의 몫이 빠지고 ㉮만 남는다. 그러자 남 38.7% · 여 43.0%로 여학생이 4.3%p 높아졌다 — 14.2%p는 대부분 구성이 만든 숫자였다는 뜻이다.

세 물음 — ① 합쳐 보기: “대학 전체에서 여학생이 덜 합격했나?” (그렇다, 사실이다) · ② 나눠 보기: “같은 학과 안에서 차이가 있었나?” (여섯 중 넷에서 여학생이 더 높다) · ③ 같은 틀: “구성이 같았다면 어느 쪽이 높았을까?” (여학생이 4.3%p 높다).

다만 ③에도 선택이 남는다. 공통 분포를 남학생 분포로 잡으면 여 − 남 = +7.1%p, 여학생 분포로 잡으면 +0.1%p다. 방향은 셋 다 같지만 크기가 달라지므로, 보고서에는 어느 분포를 기준으로 삼았는지를 반드시 적는다.

4. “버클리는 여학생을 차별했다”와 “버클리 학과들은 여학생을 차별하지 않았다” — 오늘의 자료로 이 두 문장을 각각 어디까지 말할 수 있는지 쓰시오. 이 자료로 답할 수 없는 물음도 하나 들어 보시오.
📖 모범 답안

첫 문장 — ‘결과의 차이’까지는 사실이다. 합격률이 14.2%p 벌어진 것은 자료 그대로다. 그러나 ‘차별’은 원인을 말하는 주장이라 이 12칸을 넘어선다. 차이의 대부분은 학과 구성에서 왔고, 학과 안에서는 넷이 여학생 쪽이 높다.

둘째 문장 — 학과 단위로는 근거가 있다(여섯 중 넷에서 여학생이 더 높고, 같은 틀을 씌우면 +4.3%p). 그러나 ‘차별이 없었다’를 증명한 것은 아니다. 학과 안에서 무엇을 보고 뽑았는지(추천서 · 면접 · 세부 전공)는 이 자료에 없다.

답할 수 없는 물음 — “왜 여학생이 경쟁이 센 학과에 몰렸나?” 학부 전공 분포, 진학 지도, 그 시대의 분위기 같은 것은 이 12칸 밖에 있다. 이 물음에 답하려면 다른 자료가 필요하다.

5. 여학생 A 학과를 100%로 올려도 전체가 31.4%에 그치는 까닭을 ‘폭(지원자 수)’이라는 낱말을 넣어 한 문장으로 쓰시오. 그리고 C 학과를 100%로 올렸을 때의 값(51.7%)과 견주어, 여학생 호수를 남학생(44.5%)까지 올릴 수 있는 학과가 어디인지, 그중 가장 적게 올려도 되는 학과는 어디이고 그 까닭은 무엇인지 쓰시오.
📖 모범 답안

A 학과의 폭(지원자 수)이 108명뿐이라, 물높이를 82.4%에서 100%로 끝까지 올려도 늘어나는 물(합격자)이 19명에 그치기 때문이다 — 1,835명짜리 호수에 19명을 부으면 30.4% → 31.4%, 겨우 1.0%p다.

C 학과는 폭이 593명(여학생 전체의 32.3%)이라 100%로 올리면 합격자가 391명 늘어 전체가 51.7%가 된다. 44.5%를 넘어선다.

여섯 학과를 하나씩 100%로 올려 모두 판정하면 A 31.4 · B 30.8 · C 51.7 · D 43.7 · E 46.6 · F 47.6%다. 44.5%에 닿는 학과는 C · E · F 셋이고, 그중 가장 적게 올려도 되는 곳은 C(77.9%면 닿는다)이다. F는 83.3%, E는 90.1%가 필요하고 A · B · D는 100%여도 못 닿는다. 셋 다 폭이 넓은 학과(C 593 · E 393 · F 341명)라는 점이 답이다 — 전체를 움직이는 힘은 폭에서 나온다.

6. 우리 학교 두 반의 ‘수행평가 만점 비율’에서 심슨의 역설이 생기는 상황을 하나 지어내시오. 칸별 비율과 칸의 비중을 숫자로 적고, 합치면 어떻게 뒤집히는지 보이시오.
📖 모범 답안

상황(예) — 수행평가 과제가 ‘쉬운 과제’와 ‘어려운 과제’ 두 가지이고, 학생이 골라서 낸다.

칸별 비율 — 쉬운 과제 만점 비율: 1반 90%, 2반 80%. 어려운 과제: 1반 40%, 2반 30%. 두 칸 모두 1반이 높다.

칸의 비중 — 1반 30명 중 쉬운 과제 5명 · 어려운 과제 25명. 2반 30명 중 쉬운 과제 25명 · 어려운 과제 5명.

합치면 — 1반 (0.9×5 + 0.4×25) ÷ 30 = 14.5/30 ≈ 48%, 2반 (0.8×25 + 0.3×5) ÷ 30 = 21.5/30 ≈ 72%. 칸마다는 1반이 이기는데 합치면 2반이 이긴다.

버클리와 같은 모양이다 — 어려운 칸에 사람이 몰린 쪽(1반 · 여학생)이 칸마다 이기고도 합치면 진다. 그래서 반끼리 견줄 때는 어느 과제를 몇 명이 냈는지를 함께 보고, 필요하면 같은 과제 구성을 씌워 다시 계산한다.

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더 알아보기

뒤집히는 이야기 셋

학과가 어려울수록 여학생이 몰렸다가로: 학과 전체 합격률 · 세로: 그 학과가 여학생 지원자의 몇 %인가 · 동그라미 크기 = 지원자 수0%10%20%30%0%20%40%60%ABCDEFA · B 는 합격률이 60%대인데 여학생 지원자의 5.9% · 1.4%만 갔다.C · D · E · F 는 합격률이 35% 아래인데 여학생의 93%가 갔다.동그라미 크기는 그 학과 지원자 수(남 + 여) — C 가 918명으로 가장 크다.
역사

통계학자 세 사람이 낸 답

1975년, 비켈·하멜·오코넬 세 사람이 Science에 「대학원 입학의 성편향 — 버클리의 자료」를 실었습니다. 그들이 한 일은 자료를 학과 단위로 나눠 다시 본 것이었어요. 결론은 “대학 전체의 14.2%p 차이는 학과별 합격 정책의 차이가 아니라 지원 유형의 차이에서 왔다”였습니다.

그런데 논문은 거기서 멈추지 않았습니다. 왼쪽 그림처럼 합격률이 낮은 학과일수록 여학생이 몰려 있다는 사실 자체를 되물었지요. 여학생이 지원할 수 있는 학과가 그쪽에 쏠려 있었던 것은 아닌가, 그것은 누구의 책임인가 — 숫자가 답을 준 자리에서 새 물음이 시작된 것입니다. 나눠 보기는 결론을 뒤집었지만, 물음을 없애지는 못했습니다.

도해: 학과 전체 합격률(가로)과 그 학과가 여학생 지원자의 몇 %인가(세로)를 놓고, 동그라미 크기를 지원자 수로 그렸다. 여섯 점의 자리는 모두 실제 집계값이다. · 출처: P. J. Bickel, E. A. Hammel, J. W. O’Connell, “Sex Bias in Graduate Admissions: Data from Berkeley”, Science 187(4175), 1975, 398–404

두 해 모두 저스티스가 높은데, 합치면 지터가 높다지터저스티스1995년.250.253▲타율1996년.314.321▲타율두 해 합계.310▲.270타율▲ 를 붙인 쪽이 그 줄에서 높은 타율이다.두 해를 합치면 순서가 뒤집힌다 — 두 선수의 타석 수가해마다 크게 달랐기 때문이다(지터는 1996년에, 저스티스는1995년에 훨씬 많이 쳤다).학과별 지원자 수가 달랐던 버클리와 같은 모양이다.
현장

두 해 모두 졌는데 합치면 이긴다 — 타율의 역설

야구의 타율은 안타 수를 타석(정확히는 타수)으로 나눈 비율이라 오늘의 합격률과 똑같은 모양입니다. 1995년과 1996년, 미국 프로야구의 데릭 지터와 데이비드 저스티스를 견주면 1995년은 .250 대 .253, 1996년은 .314 대 .321로 두 해 모두 저스티스가 높았습니다.

그런데 두 해를 합치면 지터 .310, 저스티스 .270 — 순서가 뒤집힙니다. 까닭은 버클리와 같습니다. 지터는 타율이 높았던 1996년에 훨씬 많이 쳤고, 저스티스는 타율이 낮았던 1995년에 훨씬 많이 쳤어요. ‘칸별 비율’은 저스티스 편이었지만 ‘칸의 비중’이 지터 편이었던 것입니다. 그래서 여러 해 기록을 하나로 합쳐 부르는 통산 성적은 언제나 “어느 해에 얼마나 뛰었나”를 함께 담고 있습니다.

도해: 두 선수의 해마다 타율과 두 해 합계를 표로 놓고, 줄마다 높은 쪽에 ▲ 를 붙였다. 여섯 숫자는 널리 인용되는 기록값이다(설계 문서 unit2.json Ⅱ-13 더 알아보기 ②).

'공통 분포'를 무엇으로 잡느냐가 격차의 크기를 바꾼다같은 학과별 합격률에 서로 다른 지원 분포를 씌워 다시 더한 값남녀 합친 분포ABCDEF남 38.7%여 43%+4.3%p남학생 분포ABCDF남 44.5%여 51.6%+7.1%p여학생 분포CDEF남 30.2%여 30.4%+0.1%p세 번 모두 여학생이 높다 — 방향은 같고 크기만 흔들린다.그래서 통계는 '어느 분포를 기준으로 삼았는지'를 반드시 밝힌다.주황 칸 = 합격률 40% 미만 학과(C~F)
방법 더 깊이

생활 속의 방법 ③ — 연령표준화

통계청이 지역끼리, 또는 해마다 사망률을 견줄 때는 그냥 나눈 값(조사망률)을 쓰지 않습니다. 나이가 많은 사람이 많은 지역은 아무 일이 없어도 사망률이 높게 나오기 때문이에요. 그래서 표준 인구라는 공통 분포를 정해 두고, 지역마다 나이 칸별 사망률에 그 분포를 씌워 다시 더합니다. 오늘의 방법 ③이 그대로 쓰이는 자리입니다.

이때 남는 선택이 하나 있습니다 — 무엇을 표준으로 삼을 것인가. 버클리 자료로 해 보면 바로 보입니다. 공통 분포를 남녀 합친 분포로 잡으면 여 − 남 = +4.3%p, 남학생 분포로 잡으면 +7.1%p, 여학생 분포로 잡으면 +0.1%p입니다. 방향은 세 번 모두 같지만 크기는 0.1%p에서 7.1%p까지 벌어져요. 그래서 표준화한 숫자를 낼 때는 기준으로 삼은 분포를 반드시 함께 적습니다.

도해: 같은 학과별 합격률에 세 가지 공통 분포(남녀 합친 · 남학생 · 여학생)를 씌워 다시 더한 결과. 여섯 숫자는 모두 원장이 브라우저에서 잰 값이다(코드 ④의 도전과 같은 계산).