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估計現場故障率的 3/N 規則

朋友們

看來派蒂似乎有點煩惱……

年輕時,佩蒂總是對那些脾氣古怪的老人感到厭煩,而現在她卻擔心自己可能會變成那樣。讓她感到煩躁的導火線,正是學生們所知與未知的事物。這一切都始於一位同事向她展示了那部《德州理工大學政治認知不足影片》。

「怎麼會有這麼多學生不知道美國內戰的勝方是誰、副總統是誰,或是美國是從誰手中贏得自由的?」她心想。

她的一些同事認為這段影片是刻意安排的,但製作團隊隨後發布了一段反駁影片,強烈暗示這並非如此。更令人不安的是,所有學生都知道「斯努基」是誰,也知道布萊德·彼特的老婆是誰。

派蒂的一些統計學學生聽說了這段影片,於是決定在常春藤大學拍攝一段類似的影片。結果大多令人欣慰:50 名學生中有 49 名知道美國內戰的勝方,而唯一答錯的那位學生來自印度。他們在其他問題上的表現也相當出色,85% 的學生知道約瑟夫·史達林是第二次世界大戰期間蘇聯的領導人,而且有相當多學生知道喬·拜登是副總統。

但最讓派蒂感到困擾的是,竟有近50%的人不知道《聖誕頌歌》的作者是誰。她曾與羅伯討論過這個話題,而他似乎不像她那樣感到困擾,這更讓她感到不悅。羅伯指出,有些國際學生在學業中可能沒有修過英國文學課程,而且既然是關於聖誕節的故事,這或許也涉及文化差異。派蒂對他的論點並不買帳,這件事在她看來依然令人不安。

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圖:查爾斯·狄更斯於1867年,即他創作《聖誕頌歌》二十四年後。

正當她沉思這些想法時,電話響了。來電者是她前東家 ACME 的執行長麥克·馬迪根。

「嘿,派蒂,我是麥克,」馬迪根開心地說。「我有個統計問題需要你幫忙。如果能讓羅伯和皮特也參與進來可能會比較好,所以我們能開個電話會議嗎?」

派蒂安排在當天稍晚舉行電話會議。到了約定時間,皮特和羅伯正在派蒂的辦公室裡,她便致電麥迪根。雙方寒暄過後,麥迪根便切入正題。

「我們有一位來自軍方的要求極高的客戶,」麥克開口說道。「他們實施『零缺陷』計畫,並想知道我們如何能在產品經實地使用後仍能保證達成此目標。」

「請問,你的意思是保證實際使用中的產品零瑕疵嗎?」皮特問道。

「是啊,」麥克回答道。

「依我所見,如果我們有 20 台設備在現場運作,且沒有任何一台故障,我們就能以 95% 的置信度斷言產品零缺陷,因為 1 台設備佔 20 台的 5%,而如果沒有任何一台故障,這就意味著我們可以有 100% 減去 5%,也就是 95% 的置信度,」麥克說道。

當羅伯和皮特笑得前仰後合時,帕蒂下意識地伸手去按靜音鍵。她怒視著他們倆。

「喂,喂,你在嗎?」邁克聽不到任何回應,便問道。

最後,在派蒂持續怒視之下,皮特和羅伯終於停止了大笑。於是她取消了手機的靜音。

「抱歉,麥克,在你描述的情況下,失敗率是指你可以有 95% 的把握,確定這個數值小於或等於 15%。」派蒂回答道。

電話會議的另一端靜默了一陣子,最後麥克回答道:

「天啊!好吧,你能解釋一下嗎?」

「派蒂和我已經建立了一套數學模型,用來解釋如何計算現場故障率的置信區間,」羅伯回應道。「針對 95% 的置信水準,我們發展出一套稱為『3/N 法則』的方法。」

「這是怎麼運作的?」麥克問道。

「若你在實際使用環境中有 N 個樣本,且沒有任何一個發生故障,則可以以 95% 的置信度斷言,其故障率不超過 3/N。舉例來說,假設你在實際使用環境中有 300 個單位,且沒有任何一個發生故障。 那麼,你便能以 95% 的置信度斷言,其故障率小於或等於 3/300 = 1/100 = 0.01 = 1%。」

「如果我們有 300 台設備都沒出問題,我們卻只能對 1% 的故障率抱有信心?」麥克嘆了口氣。

「1% 或更低,95% 的置信度,」帕蒂插話道。

展現 0% 的失敗率真的可能嗎?派蒂和團隊能否找到方法幫助麥克?敬請期待更多詳情。

乾杯

羅恩博士