Distribuição de Poisson no Excel: contagem de eventos e quando usar a binomial negativa
Resumindo: quantas vezes algo acontece em uma semana, um mês ou um ano, quando os eventos chegam um de cada vez a uma taxa média conhecida.
A distribuição de Poisson dá o número de eventos em um período fixo, como reclamações em uma semana ou quebras em um mês, quando eles ocorrem de forma independente a uma taxa média conhecida. Um único número a define, a média. Com 4 reclamações por semana em média, uma semana sem nenhuma tem 1,8% de chance e uma semana com 8 ou mais, 5,1%. O Excel tem POISSON.DIST (DIST.POISSON no Excel em português), mas não a inversa; contagens aleatórias saem de uma pequena tabela de probabilidades acumuladas. Quando as contagens variam mais do que uma Poisson admite, use a binomial negativa.
O que é a distribuição de Poisson
Imagine eventos que chegam ao acaso, um de cada vez, a uma taxa média constante: chamadas, defeitos, sinistros, falhas de uma frota grande. O número que cai em uma semana é um inteiro, 0, 1, 2 e assim por diante, e a distribuição dele depende só da contagem média. A média também fixa o quanto as semanas variam: o desvio padrão é a raiz quadrada da média, 2 para 4 reclamações por semana. O tempo entre esses eventos é exponencial: aqui, 1,75 dias em média.
Como ler o gráfico: cada barra é a proporção das 10.000 semanas simuladas com aquele número de reclamações, e cada ponto é a probabilidade exata. Barras e pontos coincidem.
As semanas mais prováveis têm 3 ou 4 reclamações (19,5% cada). O P10 é 2 e o P90, 7: pelo menos oito semanas em cada dez ficam entre eles.
A distribuição de Poisson no Excel
POISSON.DIST(k, mean, FALSE) dá a probabilidade de exatamente k eventos e, com TRUE, a de no máximo k: =1-POISSON.DIST(7, 4, TRUE) dá 5,1%, a chance de 8 ou mais. Não existe POISSON.INV, então um sorteio exige um passo a mais. A planilha lista as probabilidades acumuladas de 0 a 99 eventos na aba Tables e conta quantas delas ficam abaixo do número aleatório u: essa contagem é o menor k cuja probabilidade acumulada alcança u, que é exatamente um sorteio de Poisson. Em uma célula: =COUNTIF(Tables!B$3:B$102,"<"&RAND()).
| Célula | Fórmula | Valor |
|---|---|---|
| Número aleatório u (I12) | =RAND() | |
| Sorteio (J12) | =COUNTIF(Tables!B$3:B$102, | |
| Sorteio em uma célula | =COUNTIF(Tables!B$3:B$102, | |
| Média (K12) | =D12 | 4 |
| P10 (L12) | =COUNTIF(Tables!B$3:B$102, | 2 |
| P90 (M12) | =COUNTIF(Tables!B$3:B$102, | 7 |
Conferir os números: valores exatos contra 10.000 sorteios do Excel e do xellstorm
| Exato | Excel, RAND() | xellstorm | |
|---|---|---|---|
| Média | 4 | 3,99 | 4,00 |
| Desvio padrão | 2 | 1,98 | 2,00 |
| P10 | 2 | 2 | 2 |
| P50 (mediana) | 4 | 4 | 4 |
| P90 | 7 | 7 | 7 |
O Excel sorteia com RAND(), totalmente ao acaso; o xellstorm distribui os sorteios de modo uniforme pela faixa (amostragem por Hipercubo Latino), por isso as estatísticas dele ficam mais perto dos valores exatos.
Binomial negativa: quando as contagens variam mais do que uma Poisson admite
Contagens reais costumam ser mais irregulares que uma Poisson: a demanda tem meses movimentados e meses parados, defeitos vêm em lotes, sinistros aumentam com mau tempo. Confira o histórico: se as contagens variam muito mais do que uma Poisson admite (a variância delas, o desvio padrão ao quadrado, é claramente maior que a média), uma Poisson subestima tanto os períodos parados quanto os de pico. A binomial negativa acrescenta um segundo parâmetro para essa dispersão extra. Com a mesma média de 4, mas variância de 8:
Como ler o gráfico: cada linha liga as probabilidades de 0, 1, 2 ou mais eventos em uma semana. A binomial negativa é mais alta nas duas pontas: mais semanas sem nenhum evento e mais semanas com muitos.
| Poisson | Binomial negativa | |
|---|---|---|
| Variância | 4 | 8 |
| Chance de nenhuma | 1,8% | 6,3% |
| Chance de 8 ou mais | 5,1% | 11,3% |
| P10 – P90 | 2 – 7 | 1 – 8 |
| Célula | Fórmula | Valor |
|---|---|---|
| Número aleatório u (I13) | =RAND() | |
| Sorteio (J13) | =COUNTIF(Tables!C$3:C$102, | |
| Sorteio em uma célula | =COUNTIF(Tables!C$3:C$102, | |
| Média (K13) | =D13*(1-F13)/F13 | 4 |
| P10 (L13) | =COUNTIF(Tables!C$3:C$102, | 1 |
| P90 (M13) | =COUNTIF(Tables!C$3:C$102, | 8 |
No Excel, NEGBINOM.DIST(k, n, p, TRUE) dá as probabilidades acumuladas dela, e o mesmo truque da tabela dá os sorteios: =COUNTIF(Tables!C$3:C$102,"<"&RAND()). Os parâmetros são n e p (o número de fracassos antes do n-ésimo sucesso, na definição dos livros didáticos). A partir de uma média e uma variância: p = média / variância e n = média² / (variância − média), aqui p = 0,5 e n = 4. O exemplo do ponto de pedido sorteia a demanda mensal de uma binomial negativa por esse motivo.
Quando usar Poisson, binomial negativa ou binomial
- Poisson para contagens de eventos independentes a uma taxa constante, sem limite superior na prática: chegadas, chamadas, defeitos, falhas de uma população grande.
- Binomial negativa para o mesmo tipo de contagem quando o histórico varia mais do que a média sugere: demanda, sinistros, defeitos que se agrupam.
- Binomial quando há um número fixo de chances: unidades defeituosas em um lote de 50, clientes que aceitam uma oferta, entre 200.
Como usar a distribuição de Poisson no xellstorm
- Transforme a célula em entrada e, na etapa Distribuições, escolha Poisson e informe a média; ou escolha Binomial negativa e informe n e p.
- Com contagens passadas, selecione a entrada e use “A partir de dados” no painel lateral: para números inteiros, ele ajusta Poisson e binomial negativa junto com as formas contínuas e ordena os ajustes. Quando as contagens não variam mais que a média, ele descarta a binomial negativa e indica usar uma Poisson.
Modelos de suplementos são convertidos a partir de RiskPoisson, VosePoisson e PsiPoisson, e de RiskNegbin, VoseNegBin e PsiNegBinomial.
Perguntas
Como gerar números aleatórios de Poisson no Excel?
O Excel não tem função de Poisson inversa. Liste k = 0, 1, 2, … em uma coluna, com POISSON.DIST(k, mean, TRUE) ao lado, e conte quantas dessas probabilidades acumuladas ficam abaixo de RAND(): com a tabela em B3:B102, =COUNTIF(Tables!B$3:B$102,"<"&RAND()). Faça a tabela longa o bastante para que a última probabilidade seja 1 na precisão exibida (para uma média de 4, 30 linhas bastariam).
Qual é a diferença entre POISSON.DIST com TRUE e com FALSE?
Com FALSE, devolve a probabilidade de exatamente k eventos; com TRUE, a de k ou menos. Para uma média de 4: exatamente 4 eventos têm 19,5% de chance, e a chance de 8 ou mais é 1 menos a probabilidade acumulada de 7, 5,1%.
Poisson ou binomial negativa?
Compare a variância das contagens com a média. Mais ou menos iguais: Poisson. Claramente maior: binomial negativa, cujo parâmetro extra capta a dispersão. Com média de 4, uma binomial negativa com variância 8 dá 11,3% de chance de 8 ou mais, contra 5,1% da Poisson.
A média da Poisson pode ser uma fração?
Pode. A média é uma taxa média, como 0,3 falha por mês; as contagens que ela produz são sempre números inteiros. Uma média abaixo de 1 dá principalmente zeros, com um 1 ou 2 de vez em quando.
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