Welche Wahrscheinlichkeitsverteilung soll ich nehmen? Leitfaden für Monte-Carlo-Modelle
Wählen Sie die Verteilung danach aus, was Sie über die unsichere Größe wissen, nicht nach ihrem Namen. Hat eine Fachperson einen niedrigen, einen wahrscheinlichsten und einen hohen Wert genannt, passt eine PERT- oder eine Dreiecksverteilung. Für einen positiven Betrag mit langem oberen Ende, etwa Kosten oder eine Dauer, eignet sich die Lognormalverteilung, für eine symmetrische Messgröße die Normalverteilung, für eine Zeit bis zum Ausfall die Weibull-Verteilung, für eine Anzahl von Ereignissen die Poisson-Verteilung und für ein Ereignis, das eintritt oder nicht, die Bernoulli-Verteilung. Für einen Anteil zwischen 0 und 1 passt die Beta-Verteilung, für mehrere Anteile, die zusammen ein Ganzes ergeben müssen, die Dirichlet-Verteilung. Den größten Wert eines Zeitraums beschreibt eine Gumbel- oder GEV-Verteilung, eine Summe von Verlusten, die von deren Anzahl und Höhe abhängt, eine zusammengesetzte Verteilung. Liegen frühere Daten vor, passen Sie eine Verteilung an diese Daten an. Der Finder weiter unten stellt ein oder zwei Fragen und nennt die passende Verteilung; xellstorm bietet insgesamt 52 Verteilungen, auch aus eigenen Wertetabellen.
Die passende Verteilung finden
Wählen Sie, was Ihre unsichere Größe beschreibt. Reicht eine Antwort nicht aus, erscheint darunter eine zweite Frage.
Die Verteilungen im Überblick
Die Parameter heißen wie im Verteilungsmenü von xellstorm. Jede Verteilung lässt sich außerdem abschneiden (nur Werte zwischen zwei Grenzen behalten) und verschieben.
| Verteilung | Beschreibt | Parameter | Ziehung in Excel |
|---|---|---|---|
| PERT-Verteilung | Expertenschätzungen mit Grenzen, wobei dem wahrscheinlichsten Wert am meisten vertraut wird | min, wahrscheinlich, max | BETA.INV(RAND(), α, β, min, max) |
| Dreiecksverteilung | Expertenschätzungen mit Grenzen, Werte nahe daran möglich | min, wahrscheinlich, max | Ein IF (WENN) mit SQRT (WURZEL), siehe Leitfaden |
| Gleichverteilung | Ein Bereich ohne bevorzugten Wert | min, max | min+(max-min)*RAND() |
| Normalverteilung | Symmetrische Streuung: Messwerte, Fehler, Summen aus vielen Teilen | Mittelwert, Stdabw. | NORM.INV(RAND(), mean, sd) |
| Lognormalverteilung | Positive Beträge mit langem oberen Ende: Kosten, Verluste, Dauern | s, scale, loc | LOGNORM.INV(RAND(), LN(median), s) |
| Gamma-Verteilung | Positiv, rechtsschief; die Summe mehrerer Wartezeiten | a, scale, loc | GAMMA.INV(RAND(), shape, scale) |
| Beta-Verteilung | Anteile und Raten zwischen 0 und 1 | a, b, loc, scale | BETA.INV(RAND(), α, β) |
| Weibull-Verteilung | Zeit bis zum Ausfall, Verschleiß oder Frühausfälle | shape, scale, loc | scale*(-LN(1-RAND()))^(1/shape) |
| Exponentialverteilung | Zeit zwischen zufälligen Ereignissen mit gleichbleibender Rate | scale, loc | -mean*LN(1-RAND()) |
| Poisson-Verteilung | Ereignisse pro Zeitraum mit durchschnittlicher Rate | Mittelwert | Eine Tabelle aus POISSON.DIST und COUNTIF (POISSON.VERT, ZÄHLENWENN), siehe Leitfaden |
| Negative Binomialverteilung | Anzahlen, die ungleichmäßiger streuen als bei Poisson: Nachfrage, gehäufte Fehler | n, p | Eine Tabelle aus NEGBINOM.DIST und COUNTIF (NEGBINOM.VERT, ZÄHLENWENN) |
| Bernoulli-Verteilung | Ob ein Ereignis eintritt (1) oder nicht (0) | p | IF(RAND()<p, 1, 0) |
| Binomialverteilung | Treffer bei n Versuchen | n, p | BINOM.INV(n, p, RAND()) |
| Ganzzahlige Gleichverteilung | Ganze Zahlen in einem Bereich, alle gleich wahrscheinlich | niedrig, hoch | RANDBETWEEN(low, high) |
| Diskrete Tabelle | Einige mögliche Werte mit ihren Wahrscheinlichkeiten | eine Tabelle aus Werten und Wahrscheinlichkeiten | Ein Nachschlagen in den Summenwahrscheinlichkeiten |
| Dreieck aus Perzentilen | Eine Dreiecksverteilung, die über ein unteres und ein oberes Perzentil statt über Grenzen festgelegt wird | unten, wahrscheinlich, oben, unten %, oben % | – |
| Student-t-Verteilung | Symmetrisch mit schweren Enden: Renditen, Fehler mit Ausreißern | df, loc, scale | loc+scale*T.INV(RAND(), df) |
| Gumbel-Verteilung | Das Maximum vieler Werte: jährliche Spitzenlasten, Hochwasser | loc, scale | loc-scale*LN(-LN(RAND())) |
| GEV (verallgemeinerte Extremwertverteilung) | Das Maximum vieler Werte, mit schwererem Ende oder Obergrenze | shape (c), loc, scale | loc+scale*(1-(-LN(RAND()))^c)/c |
| Metalog | Eine flexible Form durch mehrere Perzentile | eine Tabelle aus Werten und Wahrscheinlichkeiten | – |
| Zusammengesetzte Verteilung | Die Summe einer zufälligen Anzahl von Ereignissen mit jeweils eigener Höhe: Schadensfälle, Verluste | Häufigkeit, Höhe, Selbstbehalt, Obergrenze | – |
| Verbund (Körper + Ende) | Unterhalb eines Punkts eine Verteilung, oberhalb eine andere: ein Körper und ein schweres Ende | unterhalb des Punkts, oberhalb des Punkts, Verbindungspunkt, Anteil darunter | – |
| Dirichlet-Verteilung (Anteile an einer Summe) | Anteile, die in jeder Iteration eine vorgegebene Summe ergeben: Marktanteile, eine Budgetaufteilung | alpha je Zelle, Summe | GAMMA.INV(RAND(), alpha, 1) in jeder Zelle, geteilt durch deren Summe |
xellstorm bietet 52 Verteilungen. Das Menü der App führt 29 davon auf und dazu 23 weitere unter „Weitere Verteilungen“. Die meisten dieser weiteren kommen in Modellen für Excel-Add-Ins vor, die xellstorm beim Import umwandelt (siehe Modell aus einem Add-In übernehmen).
Die Arbeitsmappe: jede Verteilung als Excel-Formel
Die Arbeitsmappe zu dieser Seite enthält eine Zeile je Verteilung: ihre Parameter, eine Zufallszahl aus RAND() (im deutschen Excel ZUFALLSZAHL), eine Ziehung sowie Mittelwert, P10 und P90 als Formeln. Mit F9 ändert sich jede Ziehung. In den letzten Spalten stehen dieselben Verteilungen als xellstorm-Eingangsgrößen, ein Lauf liefert also die Ziehungen von Excel und von xellstorm nebeneinander. Jeder Leitfaden dieser Website prüft die Formeln der Arbeitsmappe an 10.000 solchen Ziehungen.
| Verteilung | Beispiel und Parameter | Mittelwert | P10 | P90 |
|---|---|---|---|---|
| Normalverteilung | Nachfrage in der nächsten Saison (Stück) Mittelwert 1.000, Standardabweichung 200 | 1.000 | 744 | 1.256 |
| Lognormalverteilung | Reparaturkosten eines Schadensfalls (USD) Median 2.000, Streuung von ln 0,8 | 2.754 | 717 | 5.576 |
| Dreiecksverteilung | Kosten einer Position (Tsd. USD) Min 80, Wahrscheinlichster Wert 100, Max 140 | 106,7 | 91,0 | 124,5 |
| PERT-Verteilung | Kosten einer Position (Tsd. USD) Min 80, Wahrscheinlichster Wert 100, Max 140 | 103,3 | 89,2 | 118,7 |
| Gleichverteilung | Stückpreis (USD) Min 40, Max 60 | 50 | 42 | 58 |
| Weibull-Verteilung | Lebensdauer einer Pumpe (Stunden) Formparameter 1,5, Skalenparameter 20.000 | 18.055 | 4.462 | 34.874 |
| Exponentialverteilung | Zeit zwischen zwei Störungen (Stunden) Mittelwert 500 | 500 | 53 | 1.151 |
| Poisson-Verteilung | Reklamationen in einer Woche Mittelwert 4 | 4 | 2 | 7 |
| Negative Binomialverteilung | Bestellungen in einer Woche, stärker schwankend Erfolge 4, Wahrscheinlichkeit 0,5 | 4 | 1 | 8 |
| Bernoulli-Verteilung | Ein Risiko tritt ein (1) oder nicht (0) Wahrscheinlichkeit 0,3 | 0,3 | 0 | 1 |
| Binomialverteilung | Fehlerhafte Einheiten in einer Charge von 50 Versuche 50, Wahrscheinlichkeit 0,04 | 2 | 0 | 4 |
| Beta-Verteilung | Anteil der Kunden, die verlängern Alpha 8, Beta 2 | 80,0 % | 63,2 % | 93,9 % |
| Gamma-Verteilung | Tage, bis drei Reparaturen nacheinander fertig sind Formparameter 3, Skalenparameter 2 | 6,0 | 2,2 | 10,6 |
Häufige Fehler
- Eine Normalverteilung für Kosten oder eine Dauer. Sie ist symmetrisch und kann negativ werden; Kosten und Dauern werden häufiger und stärker überschritten als unterschritten.
- Ein P10 und ein P90 als min und max. Damit fällt ein Fünftel der Ergebnisse weg. Passen Sie stattdessen eine Verteilung an die Perzentile an.
- Falsche Parameter in
LOGNORM.INV. Die Funktion erwartet Mittelwert und Standardabweichung des Logarithmus, nicht der Werte. - Wahrscheinlichkeit × Auswirkung als feste Zahl. Ein Risiko kostet nichts oder seine volle Auswirkung; eine Bernoulli-Verteilung mal Auswirkung bildet das ab, ein Erwartungswert nicht.
- Gemeinsam schwankende Eingangsgrößen, als wären sie unabhängig gezogen. Preise und Mengen oder die Kosten von Gewerken, die dieselbe Kolonne einsetzen, steigen oft zusammen. Korrelieren Sie sie, sonst fällt die Streuung der Summe zu schmal aus.
- Addierte Perzentile. Die P90-Werte mehrerer Positionen ergeben zusammen nicht das P90 ihrer Summe; simulieren Sie die Summe (siehe P50, P80 und P90).
Leitfäden zu den einzelnen Verteilungen
- Leitfaden
PERT-Verteilung in Excel: Formel, Mittelwert und Einsatz
Eine PERT-Verteilung ist eine Beta-Verteilung von Min bis Max mit dem Mittelwert (Min + 4 × Wahrscheinlich + Max) / 6. Die Excel-Formel mit BETA.INV und PERT im Vergleich zur Dreiecksverteilung. - Leitfaden
Dreiecksverteilung in Excel: Formel, Mittelwert und Vergleich mit PERT
Eine Dreiecksverteilung macht aus Min, wahrscheinlichstem Wert und Max Wahrscheinlichkeiten, die geradlinig ansteigen und abfallen. Die Excel-Formel für Zufallsziehungen und Perzentile, der Mittelwert und der Vergleich mit PERT. - Leitfaden
Gleichverteilung in Excel: Zufallszahlen zwischen zwei Werten
Bei einer Gleichverteilung ist jeder Wert zwischen Min und Max gleich wahrscheinlich. Die Excel-Formel, RANDBETWEEN für ganze Zahlen, der Mittelwert und wann ein Bereich allein genügt. - Leitfaden
Normalverteilung in Excel: NORM.INV, Mittelwert und Standardabweichung
Normalverteilte Zufallszahlen in Excel mit NORM.INV(RAND(), mean, sd) ziehen, P10 und P90 ablesen und sehen, wann eine Glockenkurve passt und wann nicht. - Leitfaden
Lognormalverteilung in Excel: LOGNORM.INV, Parameter und Einsatz
Die Lognormalverteilung (logarithmische Normalverteilung) ist positiv und hat ein langes rechtes Ende. Wie die Parameter von LOGNORM.INV funktionieren, wie Sie sie aus Mittelwert und Standardabweichung gewinnen und wann sie passt. - Leitfaden
Gamma-Verteilung in Excel: Wartezeiten, Summen und GAMMA.INV
Die Gamma-Verteilung beschreibt positive, rechtsschiefe Größen wie die Gesamtzeit mehrerer Schritte. Formparameter und Skalenparameter, GAMMA.INV und GAMMA.DIST in Excel sowie Gamma- im Vergleich zur Lognormalverteilung. - Leitfaden
Beta-Verteilung in Excel: unsichere Anteile, Raten und Prozentsätze
Die Beta-Verteilung beschreibt einen unsicheren Anteil oder eine Rate zwischen 0 und 1. Was Alpha und Beta bedeuten, wie Sie sie aus Mittelwert und Standardabweichung bestimmen und BETA.INV in Excel. - Leitfaden
Weibull-Verteilung in Excel: Formparameter, Skalenparameter und Zeit bis zum Ausfall
Die Weibull-Verteilung beschreibt die Zeit bis zum Ausfall: Formparameter unter 1 für Frühausfälle, 1 für Zufallsausfälle (Exponentialverteilung), über 1 für Verschleiß. Excel-Formeln, B10-Lebensdauer und der Exponentialfall. - Leitfaden
Poisson-Verteilung in Excel: Ereignisse zählen und wann die negative Binomialverteilung passt
Die Poisson-Verteilung zählt Ereignisse in einem Zeitraum bei bekannter durchschnittlicher Rate. POISSON.DIST, zufällige Poisson-Anzahlen in Excel ohne Umkehrfunktion und die negative Binomialverteilung für stärker streuende Anzahlen. - Leitfaden
Binomial- und Bernoulli-Verteilung in Excel: Ja-Nein-Ereignisse und Anzahlen aus n Versuchen
Eine Bernoulli-Verteilung beschreibt ein einzelnes Ja-Nein-Ereignis, etwa ein Risiko, das eintritt oder nicht; eine Binomialverteilung zählt die Treffer bei n Versuchen. Excel-Formeln, BINOM.DIST und BINOM.INV sowie Risikoregister.
Häufige Fragen
Welche Verteilung nehme ich, wenn ich keine Daten habe?
Fragen Sie die Personen, die die Größe kennen, nach einem niedrigen, einem wahrscheinlichsten und einem hohen Wert, und verwenden Sie eine PERT- oder eine Dreiecksverteilung. Sind deren niedriger und hoher Wert „Eins-zu-zehn“-Fälle und keine Grenzen, passen Sie stattdessen eine Verteilung an diese Perzentile an. Prüfen Sie danach mit den Beteiligten, was die Zahlen bedeuten (Mittelwert, P10 und P90).
Welche Verteilung eignet sich am besten für Kostenschätzungen?
Für jede Kostenposition eine PERT- oder Dreiecksverteilung aus einer Dreipunktschätzung, bei fehlendem festem Maximum eine Lognormalverteilung. Für Risiken, die eintreten können oder nicht, eine Bernoulli-Verteilung mal Auswirkung. Die Summe wird dann simuliert, nicht geschätzt: siehe das Beispiel Projekt-Risikozuschlag.
Welche Verteilung nehme ich für die Dauer von Aufgaben?
Eine PERT- oder Dreiecksverteilung aus einer Dreipunktschätzung je Aufgabe oder eine an frühere Dauern angepasste Lognormalverteilung. Beide lassen ein langes oberes Ende zu. Für den Terminplan simulieren Sie das Netzwerk der Aufgaben: siehe Terminrisikoanalyse.
Welche Verteilung nehme ich für Versicherungsschäden oder operationelle Verluste?
Modellieren Sie getrennt, wie viele Verluste ein Zeitraum bringt und wie hoch jeder einzelne ist, und lassen Sie eine zusammengesetzte Verteilung sie addieren: eine Poisson- oder negative Binomialverteilung für die Anzahl (Schadenhäufigkeit), eine Lognormal-, Gamma- oder Pareto-Verteilung für die Höhe (Schadenhöhe). Folgen die großen Verluste einem schwereren Ende als die gewöhnlichen, setzen Sie oberhalb eines Schwellenwerts eine verallgemeinerte Pareto-Verteilung an den Körper darunter. Getrennt modelliert, lässt sich jeder Teil an seinen eigenen Daten prüfen, und Selbstbehalt oder Obergrenze gelten für jeden einzelnen Verlust.
Wie simuliere ich Anteile, die zusammen 100 % ergeben?
Ziehen Sie sie gemeinsam aus einer Dirichlet-Verteilung, nicht mit einer eigenen Verteilung je Zelle: Unabhängige Anteile ergeben selten zusammen 100 %. In Excel ziehen Sie in jeder Zelle GAMMA.INV(RAND(), alpha, 1) und teilen jede Ziehung durch die Summe aller Ziehungen; in xellstorm wählen Sie für den Zellbereich „Dirichlet (Anteile an einer Summe)“.
Woran erkenne ich, ob eine Verteilung zu meinen Daten passt?
Passen Sie mehrere an und vergleichen Sie sie. „Aus Daten“ in xellstorm ordnet die Anpassungen nach dem AIC, der eine gute Anpassung belohnt und zusätzliche Parameter bestraft, und zeigt die Anpassungstests jeder Verteilung. Betrachten Sie auch das Histogramm neben der Kurve, besonders an dem Ende, das für Ihre Entscheidung zählt, und seien Sie bei kleinen Stichproben vorsichtig.
Ändert die Wahl der Verteilung die Ergebnisse stark?
Sie ändert die Enden stärker als die Mitte. Zwei Formen mit denselben drei Zahlen oder demselben Mittelwert ergeben oft ähnliche Durchschnitte, aber unterschiedliche P90-Werte und unterschiedliche Chancen, ein Budget zu überschreiten. Kommt es darauf an, führen Sie beide als Szenarien mit denselben Zufallszahlen aus und vergleichen Sie.
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