調和平均數計算機(Harmonic Mean)
輸入一組正數,工具同時計算三種「畢氏平均」:調和平均 HM = n / Σ(1/xᵢ)、幾何平均 GM = (x₁·x₂·…·xₙ)^(1/n) 同算術平均 AM = Σxᵢ / n。三者恆滿足不等式 HM ≤ GM ≤ AM(只有所有值相同時相等),各自代表唔同情境嘅「公道平均」:速度/比率/F1 分數用 HM、複利/CAGR/比例用 GM、日常數量用 AM。
Harmonic mean HM
40
HM = n / Σ(1 / xᵢ). The right average for rates (speeds, P/E, flow).
Geometric mean GM
42.43
GM = (x₁·x₂·…·xₙ)^(1/n). The right average for compounding growth (CAGR, ratios).
Arithmetic mean AM
45
AM = Σxᵢ / n. The everyday average.
Three-mean comparison
Inequality: HM ≤ GM ≤ AM (with equality only when every value is identical).
- Data points n
- —
- Σ(1 / xᵢ)
- —
Formula
調和平均 HM = n / Σ(1 / xᵢ) 幾何平均 GM = (x₁·x₂·…·xₙ)^(1/n) = exp(Σ ln xᵢ / n) 算術平均 AM = Σ xᵢ / n 不等式:HM ≤ GM ≤ AM (xᵢ > 0 必要條件)
- · 經典例子:開車去返兩程同樣距離,去程 30 km/h、返程 60 km/h,全程平均速度 = HM(30, 60) = 40 km/h,唔係 AM 45 km/h — 因為慢嗰程花咗更多時間。
- · F1 分數 = 2 · precision · recall / (precision + recall) = HM(precision, recall):選用 HM 可懲罰任何一邊過低,鼓勵兩邊都要高。
- · 幾何平均適合複利同百分比變化:年回報 +10% / −5% / +12%,平均年化回報 = GM(1.10, 0.95, 1.12) − 1 ≈ 5.34%;用 AM 會高估。
- · 調和平均同幾何平均要求 xᵢ > 0 — 任何零或負值都會令 HM、GM 無定義。AM 對 0 / 負值 OK。
- · 不等式 HM ≤ GM ≤ AM 可由 Jensen 不等式推導(log 凹、1/x 凸);當且僅當所有 xᵢ 相同時三者相等。
- · URL 會將整組數值放喺 ?n= 參數內,方便書籤或分享。
Frequently asked
幾時應該用調和平均,唔用普通嘅算術平均?
當數據係「率」或者「每單位嘅量」嗰類,特別係分母對應同一個固定量嘅時候。最典型嘅情境:(1) 同樣距離下嘅平均速度(時間 = 距離 / 速度,故平均速度由 HM 決定);(2) 同樣金額下嘅平均股價收益率(example: 兩個月各投入 $1000 買同一隻股票,平均成本由 HM 決定,即「美元成本平均法」效果);(3) F1 分數平衡 precision、recall;(4) 流量/流速嘅平均(每單位時間嘅輸出)。一般原則:如果你正計嘅係「比率」而分母固定,用 HM;如果分子固定、分母變化,亦同樣係 HM 嘅情況。
幾何平均同調和平均同算術平均,三者之間有咩關係?
對任何一組正數,三者恆滿足 HM ≤ GM ≤ AM,等號只有所有值相同時先成立。直觀講:算術平均被「大數」拉高,幾何平均對「按比例放大」嘅變化敏感(適合複利),調和平均被「細數」拖低(任何接近零嘅值會將 HM 拉到近零)。另一個有用嘅恆等式:GM² = HM × AM(只對兩個正數成立),所以 HM = GM² / AM。N 個值時呢個關係唔再成立,但仍有 HM(x) = 1 / AM(1/x):「先取倒數、再算算術平均、再取倒數」就係調和平均。
點解 F1 分數要用調和平均?用算術平均唔得嗎?
因為 F1 要求「兩邊都好」先有高分數。如果 precision = 1.0、recall = 0.01(即極端不平衡),算術平均 = 0.505 仍然係勉強合格分數,會掩蓋 recall 極低嘅問題;而調和平均 ≈ 0.02 — 強烈反映「兩個指標之中至少有一個唔合格」。一般而言,HM 對於極小值非常敏感:min(x_i) → 0 時 HM → 0。呢個性質令 F1 適合分類問題嘅綜合評分,特別係不平衡分類(imbalanced classification)嘅 minority class — 你唔想 model 為咗 precision 而放棄 recall(或反之)。
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