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Mathe

Tests und Fehlalarme deuten

Ein Filter oder Melder macht Fehler. Mit der Tafel siehst du, wie oft eine Warnung berechtigt ist.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Plus

Das lernst du heute

  • Ich beschreibe Treffer, Fehlalarme und übersehene Fälle.
  • Ich berechne, wie viele Warnungen berechtigt sind.
  • Ich erkläre, warum seltene Ereignisse viele Fehlalarme erzeugen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Das Baumdiagramm umkehren

Ein Spamfilter prüft E-Mails. Er soll Spam markieren und normale Mails durchlassen. Er macht aber Fehler. Angenommen: 2 % aller Mails sind Spam. Der Filter markiert 95 % des Spams. Er markiert aber auch 4 % der normalen Mails zu Unrecht. Das nennt man Fehlalarm. Wir stellen uns 10 000 Mails vor. Spam: 200. Davon markiert: 190, übersehen: 10. Normale Mails: 9800. Davon fälschlich markiert: 4 % von 9800 = 392. Nicht markiert: 9408. Insgesamt sind 190 + 392 = 582 Mails markiert. Von diesen sind nur 190 echter Spam. Das sind 190 : 582 ≈ 0,33, also etwa 33 %. Die meisten Markierungen sind also Fehlalarme, obwohl der Filter recht gut ist.

Tafel für 10 000 Mails (ausgedachte Zahlen).
markiertnicht markiertSumme
Spam19010200
kein Spam39294089800
Summe582941810 000

Wie viele Markierungen sind echt?

  1. Spam: 2 % von 10 000 = 200. Normale Mails: 9800.
  2. Markierter Spam: 95 % von 200 = 190.
  3. Fehlalarme: 4 % von 9800 = 392.
  4. Markierte Mails insgesamt: 190 + 392 = 582.
  5. Anteil echter Treffer: 190 : 582 ≈ 0,33, also etwa 33 %.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Der Filter erkennt fast allen Spam.

Aber es gibt sehr viele normale Mails.

Ein kleiner Prozentsatz davon ergibt trotzdem viele Fehlalarme.

Ein Beispiel

Beispiel

Ein Rauchmelder schlägt manchmal ohne Rauch an, zum Beispiel bei Dampf. An den meisten Tagen gibt es keinen Brand. Viele Alarme sind deshalb Fehlalarme, obwohl der Melder bei Rauch zuverlässig anschlägt.

Schritt für Schritt

Der erste Schritt

  1. Nimm 10 000 Fälle an.
  2. Teile sie in „gesucht“ und „nicht gesucht“.
  3. Berechne jeweils, wie viele markiert werden.
  4. Teile die berechtigten Markierungen durch alle Markierungen.

Mit einem Bild erklärt

FrageRechnungErgebnis
Wie viele normale Mails werden markiert?4 % von 9800392
Wie viele Markierungen gibt es?190 + 392582
Wie viele davon sind Spam?190 : 582etwa 33 %

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Ein Spamfilter markiert 4 % der normalen Mails zu Unrecht. Von 10 000 Mails sind 9800 normal. Wie viele normale Mails werden fälschlich markiert?

Zeig mir den ersten Schritt

4 % von 9800.

Lösung ansehen

Lösung: 392

0,04 · 9800 = 392.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Man beobachtet einen Rauchmelder an 10 000 Tagen. An 100 Tagen gibt es Rauch, dort schlägt er zu 98 % an. An 3 % der anderen 9900 Tage gibt er einen Fehlalarm. Wie viele Alarme gibt es insgesamt?

Zeig mir den ersten Schritt

Alarme bei Rauch: 98 % von 100. Fehlalarme: 3 % von 9900.

Lösung ansehen

Lösung: 395

Bei Rauch: 98. Fehlalarme: 297. Zusammen 98 + 297 = 395.

Tipp: Rechne mit einer großen runden Zahl, zum Beispiel 10 000. Dann bekommst du kaum Bruchteile von Mails.

Merksatz: Fehlalarme: Wenn das gesuchte Ereignis selten ist, sind trotz kleiner Fehlerquote viele Warnungen falsch. Frage immer: Wie viele der Warnungen sind berechtigt?

Typischer Fehler: Viele denken: Der Filter erkennt 95 % des Spams, also sind 95 % der Markierungen Spam. Das sind zwei verschiedene Fragen. Die erste hat als Nenner alle Spam-Mails, die zweite alle markierten Mails.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Beim Spamfilter sind 190 von 582 markierten Mails echter Spam. Wie viel Prozent sind das, gerundet auf ganze Prozent?

Zeig mir den ersten Schritt

Teile 190 durch 582.

Lösung ansehen

Lösung: 33

190 : 582 ≈ 0,3265. Gerundet sind das 33 %.

Frage 2 Nun sind 50 % aller Mails Spam. Sonst bleibt alles gleich: 95 % des Spams werden markiert, 4 % der normalen Mails fälschlich. Rechne mit 10 000 Mails. Wie viel Prozent der markierten Mails sind Spam? Runde auf ganze Prozent.

Zeig mir den ersten Schritt

Spam: 5000, davon markiert 4750. Normal: 5000, davon fälschlich markiert 200.

Lösung ansehen

Lösung: 96

Markiert insgesamt: 4950. Echt: 4750 : 4950 ≈ 0,96. Das sind etwa 96 %.

Frage 3 Warum sind im Spamfilter-Beispiel mit 2 % Spam die meisten Markierungen Fehlalarme?
Lösung ansehen

Lösung: Spam ist selten, normale Mails sind sehr häufig.

Frage 4 Wenn ein Filter 95 % des Spams erkennt, sind 95 % aller Markierungen Spam.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 5 Beim Rauchmelder-Beispiel sind 98 von 395 Alarmen echt. Wie viel Prozent der Alarme sind echt? Runde auf ganze Prozent.

Zeig mir den ersten Schritt

Teile 98 durch 395.

Lösung ansehen

Lösung: 25

98 : 395 ≈ 0,248. Das sind etwa 25 %.

Geschafft

Ein Test hat zwei Fehlerarten: übersehene Fälle und Fehlalarme. Wie viele Warnungen berechtigt sind, berechnest du mit der Tafel. Das hängt stark davon ab, wie häufig das gesuchte Ereignis ist.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Vierfeldertafel und Baumdiagramm

Kurz erklärt, 47 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

PDF, 375 KB

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