调和平均数的定义:
我们已经明白数学部分如何工作了。不过调和平均数适用于哪些场景呢?
现实世界中,使用调和平均数的经典例子是以不同的速度通过物理空间。
考虑一次去便利店并返回的行程:
去程速度为30 mph
返程时交通有一些拥堵,所以速度为10 mph
去程和返程走的是同一路线,也就是说距离一样(5 miles)
整个行程的平均速度是多少?
同样,我们可以不假思索地直接应用30 mph和10 mph的算术平均数,然后自豪地宣布结果是20 mph。
但是再想一想:由于你在一个方向上的速度较高,因此你更快地完成了去程的5 miles,在那个速度上花了整个行程中更少的时间,所以整个行程期间你的平均速度不会是30 mph和10 mph的中点,它应该更接近10 mph,因为你更多的时间是以10 mph的速度行驶。
为了正确地应用算术平均数,我们需要判定以每种速率行驶所花的时间,然后以适当的权重加权算术平均数的计算:
去程:5 / (30/60) = 10 minutes
返程:5 / (10/60) = 30 minutes
总行程:10 + 30 = 40 minutes
加权算术平均数:(30 * 10/40) + (10 * 30/40) = 15 mph
所以,我们看到,真正的平均速度是15 mph,比使用未加权的算术平均数计算所得低了5 mph(或者25%)。
你大概猜到了我们下面要做什么……
让我们试着使用调和平均数:
2 / (1/30 + 1/10) = 15
真正的行程平均速度,自动根据在每个方向上使用的时间进行调整,是15 mph!
有一些地方需要注意:
可以直接应用调和平均数的前提是不同速度行驶的总距离是相等的。如果距离不同,我们需要使用加权调和平均数,或加权算术平均数。
当距离不等时,算术平均数仍然以不同速度行驶的时间作为加权,而调和平均数则以不同速度行驶的距离作为加权(因为通过取倒数,已经隐式地考虑了不同速度的时间比例)。