Estadística desde cero · Lección 28 de 31

El bootstrap: un intervalo de confianza con tus propios datos

En una frase: El bootstrap estima cuánto variaría un resultado de una muestra a otra remuestreando tus propios datos con reemplazo miles de veces, lo que da un intervalo de confianza incluso cuando no hay fórmula.

La idea

Un intervalo de confianza (lección 9) necesita saber cuánto bailaría tu resultado si tomaras otra muestra. Para una media hay una fórmula para ese baile, el error estándar. Para muchas otras cosas (una mediana, un percentil, un cociente, cualquier cosa rara) no hay fórmula sencilla.

El bootstrap lo esquiva con un truco: trata tu muestra como sustituta de toda la población, saca muchas muestras nuevas de tus propios datos y mira cuánto varía el resultado entre ellas. Esa variación es tu estimación del baile.

Los trayectos del cuñado

El cuñado tiene trabajo nuevo y ha cronometrado sus primeros 15 trayectos, en minutos: 22, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 33, 35, 38, 41, 47, 58, 75. El 75 fue un día con el tren averiado.

Quiere decirle a su jefe cuánto tarda «normalmente», con un margen. El tío Paco dice que dé el peor día, «por si acaso». La tía Mari dice que la mediana es de 31 minutos, pero ¿cuánta seguridad puede tener con solo 15 días?

Los datos son asimétricos a la derecha (lección 26), así que la mediana, 31, describe mejor un día típico que la media, 36,3. Pero la fórmula de la lección 9 es para medias. ¿Cómo se pone un margen alrededor de una mediana?

Cómo funciona el bootstrap

¿Por qué con reemplazo? Sin él, cada remuestreo serían los 15 días del cuñado en otro orden, con exactamente la misma mediana. Devolver los valores imita sacar una muestra nueva de una población que se parece a sus datos.

La respuesta del cuñado

Hicimos 200.000 remuestreos. Las medianas se agruparon en torno a 30 y 31 y se fueron abriendo desde ahí:

Mediana del re­mues­treoParte de los re­mues­treos
27 o menos2,5%
28 a 3895%
41 o más2,5%

Así que un intervalo del 95% para el trayecto típico del cuñado es, más o menos, de 27 a 41 minutos, centrado en 31. Con 15 días, es toda la precisión honrada que puede dar. Puede decirle a su jefe «normalmente una media hora, entre 27 y 41 en un día típico», que es más útil que los 75 de Paco.

Medianas de 200.000 remuestreos bootstrap de 15 trayectos

26 min0,4%
27 min2,1%
28 min6,2%
29 min12,5%
30 min18,4%
31 min20,9%
33 min18,3%
35 min12,4%
38 min6,3%
41 min2,1%
47 min0,4%
Parte de los remuestreos con cada mediana. El 95% central va de 27 a 41 minutos: el intervalo bootstrap del 95%.

¿Coincide con la fórmula?

Para la media, donde sí hay fórmula, podemos comprobarlo. El bootstrap da un intervalo del 95% de 30,1 a 43,9 minutos. La fórmula habitual, la media más o menos unos dos errores estándar con la distribución t (lección 14), da de 28,5 a 44,2. Cerca, y el del bootstrap está algo ladeado, siguiendo la asimetría de los datos. La estimación bootstrap del error estándar (3,56) también se acerca a la de la fórmula (3,67). Cuando hay los dos métodos, suelen coincidir; el valor del bootstrap es que sigue funcionando donde la fórmula se acaba.

Dónde falla

Pruébalo tú

La dueña de una cafetería anota los clientes de 30 días y quiere un intervalo del 95% para el percentil 90 (un día de mucho jaleo). Hace 10.000 remuestreos bootstrap y ve que el percentil 90 de los remuestreos va, en su 95% central, de 61 a 78 clientes.

1. ¿Qué debería concluir? 2. ¿Por qué el bootstrap sería mala herramienta para el día de más jaleo que vaya a tener nunca?

Ver la respuesta

1. Un día ajetreado típico (el percentil 90) está probablemente entre unos 61 y 78 clientes; ese es el margen para planificar el personal. El intervalo es ancho porque en 30 días solo hay tres por encima del percentil 90.

2. El bootstrap no puede producir un día con más clientes que el mejor de sus 30 días, así que no dice nada de los días raros y extremos. Para eso necesita un registro más largo o un modelo de la cola.

Las palabras que usa tu profesor

El pro­fe­sor diceSig­ni­fi­ca
Boots­trapEstimar la va­ria­ción de un re­sul­ta­do re­mues­trean­do los datos muchas veces
Mues­treo con re­em­pla­zoSacar valores y de­vol­ver cada uno, para que pueda volver a salir
Muestra boots­trap (re­mues­treo)Una muestra nueva del mismo tamaño sacada de tus datos
Dis­tri­bu­ción boots­trapLa dis­per­sión del re­sul­ta­do en todos los re­mues­treos
In­ter­va­lo de per­cen­ti­lesEl 95% central de la dis­tri­bu­ción boots­trap, usado como in­ter­va­lo de con­fian­za del 95%
Error es­tán­dar boots­trapLa des­via­ción típica de la dis­tri­bu­ción boots­trap
Boots­trap por bloquesUna versión que re­mues­trea rachas de valores se­gui­dos, para datos en el tiempo
No pa­ra­mé­tri­coQue no supone una forma con­cre­ta de los datos, como la campana

Tres cosas para recordar

Forma parte de Estadística desde cero, un curso gratuito para principiantes de WrongStat. No sustituye a tu profesor, pero esperamos que sea un buen traductor.