나뭇잎 교과서

데이터 시각화

같은 숫자라도 어떤 그래프에 담느냐에 따라 전혀 다른 이야기를 합니다. 알맞은 그래프는 자료의 구조를 드러내고, 잘못 그린 그래프는 3% 차이를 세 배처럼 보이게 합니다. 그래프를 고르는 기준과 속이는 그래프를 알아보는 눈을 함께 기릅니다.

본문

데이터 시각화

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어느 신문이 '10년 사이 전기차 판매가 두 배로 늘었다'는 기사에 자동차 그림 두 개를 실었다. 10년 전의 자동차는 작게, 올해의 자동차는 가로와 세로를 모두 두 배로 키워 그렸다. 독자들은 그림을 보고 판매가 엄청나게 늘었다고 느꼈다. 그런데 정말 두 배로 보였을까? 같은 자료라도 그리는 방법에 따라 받는 느낌이 달라진다면, 자료를 정직하게 보여 주는 그래프는 어떻게 그려야 할까?

그림 1. 같은 비를 가로세로 모두 늘린 그림(왼쪽)과 높이만 늘린 막대(오른쪽)로 나타냈다. 눈은 넓이를 비교하므로 왼쪽 그림은 차이를 비의 제곱만큼 부풀린다.
먼저 알아야 할 것닮음비와 넓이의 비(수학), 막대그래프와 꺾은선그래프, 자료의 신뢰성(데이터 수집과 신뢰성 평가).

2.4.1눈은 무엇을 비교하는가

그래프를 보는 사람은 숫자를 하나하나 읽지 않고 모양의 크기를 한눈에 비교한다. 막대그래프에서는 막대의 길이를, 그림 그래프에서는 그림이 차지하는 넓이를 비교한다. 그런데 닮은 도형은 길이가 \(k\)배가 되면 넓이가 \(k^2\)배, 부피가 \(k^3\)배가 된다. 그래서 값이 두 배일 때 그림의 가로와 세로를 모두 두 배로 키우면, 눈에는 네 배로 보인다. 입체로 그리면 여덟 배로 보이기도 한다.

정리 2.4.1 거짓말 요인

그래프에서 보이는 변화의 크기를 자료의 실제 변화의 크기로 나눈 값을 거짓말 요인이라 한다. 정직한 그래프는 이 값이 1에 가깝다. 값의 비가 \(r\)일 때 가로세로를 모두 늘린 그림은 거짓말 요인이 \(r\)이고(넓이 \(r^2\)를 비 \(r\)로 나눔), 막대는 1이다.

그림 1에서 두 값의 비를 바꾸어 보자. 비가 2이면 그림의 넓이는 4배로 보여 거짓말 요인이 2이다. 비가 3이면 넓이가 9배가 되어 거짓말 요인이 3이 된다. 막대는 언제나 높이만 비만큼 달라지므로 거짓말 요인이 1이다. 그래서 자료의 크기를 비교하는 그래프는 그림보다 막대나 점으로 그리는 것이 정직하다.1

2.4.2세로축이 0에서 시작하지 않을 때

막대그래프에서도 차이를 부풀릴 수 있다. 세로축을 0이 아닌 값에서 시작하면 막대의 길이가 값에 비례하지 않게 된다. 예를 들어 두 값 96과 100을 세로축 95부터 그리면 막대 길이는 1과 5가 되어, 4%의 차이가 다섯 배로 보인다. 반면 꺾은선그래프는 변화의 흐름을 보여 주는 것이 목적이라서, 기온처럼 0이 의미 없는 자료는 세로축을 자료 범위에 맞추어도 괜찮다. 따라서 그래프의 종류마다 정직하게 그리는 규칙이 다르고, 축의 시작점과 눈금을 꼭 표시해야 한다.

그래프눈이 비교하는 것지킬 규칙 막대그래프막대의 길이세로축을 0에서 시작 그림 그래프그림의 넓이크기 대신 그림의 개수로 꺾은선그래프기울기와 흐름축 범위와 눈금을 표시
그림 2. 그래프마다 눈이 비교하는 것이 달라 정직하게 그리는 규칙도 다르다.

2.4.3예제 풀이

예제 2.4.2

어느 도시의 자전거 이용자가 1년 사이 5만 명에서 6만 명으로 늘었다. 한 보고서는 자전거 그림을 가로세로 모두 1.2배로 키워 그렸고, 다른 보고서는 세로축이 4만 명에서 시작하는 막대그래프를 그렸다. 두 그래프에서 보이는 변화는 각각 몇 배이며, 거짓말 요인은 얼마인가?

실제 변화는 \(6 \div 5 = 1.2\)배이다. 그림은 넓이가 \(1.2^2 = 1.44\)배로 보이므로, 보이는 증가 44%를 실제 증가 20%로 나누어 거짓말 요인은 약 2.2이다.

막대그래프는 4만 명부터 그렸으므로 막대 길이가 1만 명과 2만 명에 해당해 2배로 보인다. 보이는 증가 100%를 실제 증가 20%로 나누면 거짓말 요인은 5이다. 즉 세로축을 자른 막대그래프가 그림보다 더 크게 과장한다. 정직하게 그리려면 세로축을 0부터 시작하는 막대를 쓰고, 변화율 20%를 숫자로 함께 적는다.

아래 탐구 카드에서 오해를 부르는 그래프를 찾아 고쳐 그려 보고, 같은 자료를 정직하게 보여 주는 방법을 비교해 보자.

  1. 거짓말 요인이라는 말은 통계학자 에드워드 터프티가 1983년 책에서 처음 썼다. 그는 신문에 실린 연비 기준 그래프에서 실제 53% 증가를 783% 증가처럼 보이게 그려 거짓말 요인이 약 14.8에 이른 예를 들었다.
마무리

눈은 그래프에서 길이나 넓이를 비교하므로, 값이 \(r\)배일 때 그림의 가로세로를 모두 키우면 넓이가 \(r^2\)배로 보여 차이를 부풀린다. 막대그래프도 세로축을 0이 아닌 곳에서 시작하면 차이를 과장한다. 그래서 처음 질문의 두 배 늘어난 판매량은 가로세로를 모두 두 배로 키운 그림 때문에 네 배처럼 보였고, 0부터 시작하는 막대로 그려야 정직하게 두 배로 보인다.

탐구 1

같은 자료인데 왜 그래프마다 다른 이야기를 할까?

실험 · 자료의 표현 · 그래프 고르기
자료
표현

  1. 탐구 문제실험을 마치면 숫자가 가득한 기록이 남는다. 이 숫자들이 말하는 것을 다른 사람이 한눈에, 그리고 오해 없이 알아보게 하려면 어떻게 보여 줘야 할까?
  2. 복원변인에는 이름으로 나뉘는 범주형(반, 혈액형)과 수로 이어지는 연속형(온도, 시간)이 있다. 또 정성적 자료는 말로, 정량적 자료는 수로 기록한다.
  3. 설계그래서 가로축 변인이 범주형이면 막대그래프, 연속형 두 변인의 관계를 보려면 산점도와 추세선, 시간에 따른 변화를 이어 보려면 꺾은선그래프가 알맞다. 정확한 값을 전해야 하면 표를 함께 쓴다.
  4. 분석그런데 같은 자료라도 표현 방식이 해석을 바꾼다. 범주를 선으로 이으면 반 사이에 없는 “중간값”이 있는 것처럼 보이고, 세로축을 0이 아닌 곳에서 자르면 작은 차이가 크게 보인다.
  5. 측정세 자료 각각에 네 가지 표현을 모두 적용해 보자. 반별 수면 시간에서 “세로축 0부터”를 끄면 반 사이 차이가 몇 배로 보이는지 재 보고, 용해도 자료의 튀는 점을 빼도 되는지도 생각해 보자.
  6. 오차·안전이상값은 “결과와 안 맞아서”가 아니라 기록된 이유가 있을 때만 뺄 수 있고, 뺀 사실과 이유를 보고서에 적어야 한다. 이유 없이 마음에 안 드는 값을 지우는 것은 연구 부정(변조)이다.

확인조건이 달라지면

학급별 휴대 전화 사용 시간(1반 3.1시간, 2반 3.3시간, 3반 3.2시간)을 발표하려 한다. 가장 알맞은 표현은?

탐구 2

같은 숫자로 그린 그래프가 왜 다른 인상을 줄까?

데이터 시각화 · 세로축 자르기 · 넓이 왜곡 · 이중 축 (가상 자료)
자료에서 B는 A보다
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그림에서 B는 A보다
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거짓말 지수
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세 그래프의 자료는 설명을 위해 만든 가상 자료이다. 거짓말 지수 = 그림에서 보이는 차이 ÷ 자료의 실제 차이(터프티, 1983). 1이면 정직한 그림이고, 1에서 멀수록 차이를 부풀리거나 줄인다.

  1. 질문정수 필터 광고에 "B 필터는 A 필터보다 납을 훨씬 많이 걸러 냅니다"라는 말과 함께, B의 막대가 A의 세 배쯤 되는 그래프가 실렸다. 숫자를 보니 A는 91 %, B는 94 %였다. 그래프가 거짓말을 한 걸까?
  2. 복원막대그래프는 막대의 길이로, 그림 그래프는 그림의 넓이로, 꺾은선그래프는 선의 위치와 기울기로 값을 전한다. 눈은 숫자보다 길이와 넓이를 먼저 읽는다.
  3. 설명막대의 바닥을 0이 아닌 곳에서 자르면 막대 길이가 값에 비례하지 않게 된다. 원이나 그림의 지름(높이)을 값에 비례하게 그리면 넓이는 값의 제곱으로 커진다. 이중 축 그래프에서는 두 축의 범위를 마음대로 정할 수 있어서, 두 선이 겹치거나 교차하는 위치를 그리는 사람이 고를 수 있다.
  4. 연결그래프는 목적에 맞게 고른다. 정확한 값을 전할 때는 표, 범주끼리 크기를 비교할 때는 0에서 시작하는 막대그래프, 한 변인의 값이 어떻게 분포하는지 볼 때는 히스토그램, 두 연속 변인의 관계를 볼 때는 분산형 그래프(산점도), 시간에 따른 변화는 꺾은선그래프가 알맞다. 단위가 다른 두 변인은 이중 축 대신 위아래로 나란히 놓은 두 그래프로 그리는 편이 안전하다.
  5. 적용세로축 시작값을 0에서 89까지 올리며 거짓말 지수를 읽자. 넓이 그림에서 비를 2로 두고 "넓이가 값에 비례" 상자를 껐다 켜 보자. 이중 축에서는 오른쪽 축의 최솟값과 최댓값만 바꿔 두 선이 교차하는 해를 2008년, 2015년, 2020년으로 옮겨 보자. 자료는 하나도 바뀌지 않았다.
  6. 판단세로축을 자르는 것이 언제나 잘못은 아니다. 체온이나 기온 변화처럼 0이 의미 없는 값을 꺾은선으로 그릴 때는 0을 빼야 변화가 보인다. 다만 길이로 크기를 비교하는 막대그래프는 0에서 시작해야 하고, 축을 자르면 물결 표시나 눈금으로 분명히 알려야 한다. 이중 축에서 두 선이 함께 움직이는 것처럼 보여도, 그 모양은 축 설정이 만든 것이지 두 변인이 관계있다는 증거가 아니다.

확인조건이 달라지면

한 보고서가 학교의 연간 전기 사용량이 2배가 된 것을 전구 그림으로 나타냈다. 나중 전구의 높이와 너비를 모두 처음의 2배로 그렸다. 독자가 그림에서 받는 인상은?

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