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Inicio/Estadística y probabilidad/El valor p explicado

El valor p explicado

Estadístico de contraste sobre la densidad bajo H₀; la cola sombreada, de una o de dos colas, es el valor p. Por qué no es la probabilidad de que H₀ sea cierta.

Contraste de hipótesis

Escenario

Hipótesis alternativa (cola)

Nivel de significación α

100

Contraste z de una muestra con σ conocida: bajo H₀ la media muestral es normal con media μ₀ y error estándar σ/√n, así que z = (x̄ − μ₀)/SE es normal estándar. El escenario de la moneda es un contraste de una proporción con la aproximación normal a la binomial, SE = √(p₀(1−p₀)/n) y sin corrección de continuidad; sus experimentos simulados lanzan de verdad n monedas, así que el histograma es discreto. Arrastrar el marcador cambia el valor observado; cambiar n mantiene fija la x̄ y borra los experimentos simulados.

Atajos de teclado

  • •Space / Enter — simular 1000 experimentos bajo H₀
  • •R — reiniciar el escenario (semilla nueva)
  • •Arrastre el marcador rosa — mueva el estadístico observado

Magnitudes medidas

Valor nulo μ₀ (H₀)0.500
σ = √(p₀(1−p₀))0.500
Tamaño de muestra n100
p̂ observada0.600 (≈ 60 de 100 caras)
SE = σ/√n0.05000
z_obs = (x̄ − μ₀)/SE2.000
valor p (exacto)0.0455
Fracción empírica ≥ tan extrema—
Nivel de significación α0.05
z crítica±1.960
Veredictorechazar H₀

Sobre el modelo

El simulador muestra un contraste z de una muestra con desviación estándar poblacional σ conocida. Bajo la hipótesis nula H₀: μ = μ₀ la media muestral de n observaciones se distribuye de forma normal con media μ₀ y error estándar SE = σ/√n, así que el estadístico de contraste z = (x̄ − μ₀)/SE sigue la distribución normal estándar. El gráfico dibuja esa densidad normal estándar en unidades z, con un segundo eje en las unidades originales del escenario (fracción de caras, puntos de CI, mmHg), el estadístico observado z_obs como marcador arrastrable y el valor p como la cola sombreada: p = 1 − Φ(z) para una alternativa de cola derecha, Φ(z) para una de cola izquierda y 2·Φ(−|z|) para una de dos colas, donde Φ es la función de distribución acumulada de la normal estándar. Φ se calcula con la aproximación racional de Chebyshev de Cody de la erfc (error muy por debajo de 10⁻⁷) y los valores críticos z_c = Φ⁻¹(1 − α) o ±Φ⁻¹(1 − α/2) con la inversa de Acklam seguida de un paso de Newton, de modo que el veredicto «rechazar H₀» (p < α) es exacto y no se lee en una tabla. El escenario de la moneda es un contraste de una proporción, H₀: p = 0,5, con la aproximación normal a la binomial, SE = √(p₀(1−p₀)/n) y sin corrección de continuidad; al simular experimentos en ese escenario el programa lanza de verdad n monedas por experimento, así que el histograma es discreto y la fracción de su cola puede diferir un poco de la aproximación suave. La capa empírica extrae 1000 experimentos de la propia H₀ con un generador con semilla, dibuja sus estadísticos en un histograma bajo la curva y cuenta la fracción al menos tan extrema como z_obs; esa fracción es una estimación de Monte Carlo del valor p y concreta su significado: cuántas veces el puro azar, bajo H₀, produce datos así de extremos. El deslizador del tamaño de muestra mantiene fija la x̄ y reduce el SE, y así se ve por qué el mismo efecto bruto se vuelve significativo al crecer n. Simplificaciones: σ se trata como conocida (si no, haría falta un estadístico t), se supone que las observaciones son independientes e idénticamente distribuidas y no hay corrección por comparaciones múltiples. Simuladores relacionados: statistics/type-i-ii-errors-power (α, β y la potencia como áreas bajo dos curvas), statistics/confidence-interval (el dual de un contraste de dos colas), statistics/normal-distribution (Φ y puntuaciones z), statistics/central-limit-theorem (por qué la distribución muestral de x̄ es normal) y statistics/binomial-distribution (la distribución exacta del escenario de la moneda).

Para quién: Bachillerato y primer curso universitario, en el primer encuentro con el contraste de hipótesis (AP Statistics, A-level, estadística introductoria).

Conceptos clave

  • hipótesis nula H₀
  • estadístico de contraste z
  • distribución muestral
  • error estándar σ/√n
  • valor p
  • nivel de significación α
  • valor crítico
  • contraste de una y de dos colas

Cómo funciona

Bajo la hipótesis nula H₀ la media muestral fluctúa alrededor de μ₀ con error estándar σ/√n, así que el estadístico de contraste z = (x̄ − μ₀)/SE sigue una curva normal estándar. El valor p es la cola sombreada: la probabilidad, si H₀ fuera cierta, de obtener un estadístico al menos tan lejos de μ₀ como el observado — una cola si la alternativa tiene una dirección, las dos colas si es de dos colas. Es P(datos así de extremos | H₀), no P(H₀ | datos): un valor p de 0,03 significa que esos datos aparecen en el 3 % de los mundos en los que se cumple H₀, no que H₀ tenga un 3 % de probabilidad de ser cierta. Al pulsar Simular se extraen 1000 experimentos de la propia H₀ y se cuenta cuántas veces superan z_obs; esa fracción converge al valor p exacto, que es lo que el valor p mide de verdad. Al mover n se conserva el mismo efecto bruto, pero se reduce el SE, así que la misma x̄ resulta más sorprendente y p baja. El modelo supone σ conocida y una distribución muestral normal (o aproximada por una normal).

Fórmulas principales

z = (x̄ − μ₀) / SE, SE = σ / √n (moneda: SE = √(p₀(1−p₀)/n))
p = 1 − Φ(z) (derecha) · Φ(z) (izquierda) · 2·Φ(−|z|) (dos colas)
rechazar H₀ ⇔ p < α ⇔ z más allá de z_c = Φ⁻¹(1 − α) o ±Φ⁻¹(1 − α/2)
Φ(z) = ½·erfc(−z/√2)

Preguntas frecuentes

Si el valor p es 0,03, ¿hay un 3 % de probabilidad de que la hipótesis nula sea cierta?
No. El valor p se calcula suponiendo que H₀ es cierta: es la probabilidad de datos al menos tan extremos como los suyos en ese mundo hipotético, P(datos así de extremos | H₀). La probabilidad de que H₀ sea cierta dados los datos, P(H₀ | datos), dependería también de cuán plausible era H₀ antes del experimento, algo que el valor p no usa en absoluto. El simulador lo deja a la vista: los 1000 experimentos simulados salen todos de un mundo en el que H₀ es exactamente cierta, y cerca del 3 % de ellos cae aun así más allá de z_obs. Un p pequeño dice que los datos son raros bajo H₀, no que H₀ sea improbable.
¿Por qué la misma media observada da un valor p más pequeño cuando n es mayor?
Porque el error estándar σ/√n se reduce con n. Con n = 25 y σ = 15 una media de la clase de 104 está solo a 1,33 errores estándar por encima de 100, lo que ocurre por azar cerca del 18 % de las veces en un contraste de dos colas; con n = 100 la misma diferencia de 4 puntos son 2,67 errores estándar y p baja a cerca de 0,008. El efecto bruto es idéntico, pero una media de muchas observaciones fluctúa menos bajo H₀, así que la misma desviación resulta más difícil de explicar por azar. Por eso la significación estadística, por sí sola, no mide lo grande o lo importante que es un efecto.
¿Qué diferencia hay entre un valor p de una cola y uno de dos colas?
Un contraste de dos colas pregunta cuántas veces H₀ produce un estadístico al menos tan lejos de μ₀ en cualquiera de los dos sentidos, así que p = 2·Φ(−|z|) y el área sombreada queda en las dos colas. Un contraste de una cola fija el sentido de antemano —por ejemplo, que el fármaco baja la presión arterial— y solo cuenta las desviaciones en esa dirección, con p = 1 − Φ(z) para una alternativa de cola derecha. Para la misma z, el p de una cola es exactamente la mitad del de dos colas, y el valor crítico pasa de ±1,96 a 1,645 con α = 0,05. El sentido hay que elegirlo antes de mirar los datos; quedarse después con la cola que encaja duplica la tasa real de falsos positivos.
¿Por qué el ejemplo de la moneda usa una curva normal si el número de caras es binomial?
El número de caras en n lanzamientos equilibrados es Binomial(n; 0,5), una distribución discreta, pero si n es grande se aproxima de cerca por una curva normal de media np₀ y desviación estándar √(np₀(1−p₀)); en términos de la proporción p̂ = caras/n eso es media p₀ y SE = √(p₀(1−p₀)/n). Con n = 100 la aproximación es buena: 60 caras dan z = 2,0 y un p de dos colas de 0,046, mientras que la probabilidad binomial exacta de dos colas de 60 caras o más (o de 40 o menos) es 0,057. Los experimentos simulados lanzan monedas de verdad, así que su histograma es escalonado y la fracción empírica sigue la binomial exacta, no la curva suave. Si n es pequeño o p₀ queda lejos de 0,5, la aproximación empeora y conviene usar en su lugar el contraste binomial exacto.