178. 과학 실험 보고서 서술형 정밀 평가 실습
실전 데이터 분석 178: 레포트 구성 요소 완결성 대비 최종 취득 학점 편차
📊 실습 개요 (Tutorial Overview)
본 실습은 실제 비즈니스 및 학계에서 자주 마주하는 과학 실험 보고서 서술형 정밀 평가를 주제로 다룹니다. 수집된 실제 통계 데이터셋을 바탕으로 Pandas 라이브러리를 통해 결측치를 과학적으로 정제하고, Seaborn 시각화를 통해 다중 요인의 입체적인 상관 경향을 진단합니다.
🛠️ 핵심 분석 실습 역량 (Core Skills)
- 결측치 mean 대치 (`fillna`): 모바일 학습 앱 로그 전송 끊김 또는 설문 불성실 응답으로 발생한 표절비율 변수의 빈칸을 안전하게 채웁니다.
- 상관 시너지 데이터 분석 및 해석: 단변수 빈도 분포 점검 및 독립/종속 다변수 결합 시각화를 통해 실무 가설을 증명합니다.
🧐 실무 도메인 지식 가이드 (Domain Knowledge Guide)
🎓 에듀테크 및 교육 (EdTech & Education) 교육 데이터 분석은 온라인 학습 로그, 학생 성적 성취도, 중도 탈락 위험(Dropout)을 식별해 개인화된 성취 성장을 지원하는 분야입니다.
- 학업 중도 탈락(Dropout) 예측: 학생의 마지막 접속 주기, 인터랙션 클릭 감소 성향 등을 조기 진단하여 보충 처방 학습을 유도합니다.
- 학습 몰입 지표(Engagement): 뷰어 응답 반응성, 동영상 스키핑 분석으로 주의 분산 한계 지점을 식별해 맞춤 교과 콘텐츠를 기획합니다.
- 장학 지원 성과 측정: 지원금 예산 배분 대비 학점 상승 성취 효과(ROI)의 통계적 정성 분석을 통해 예산 효율성을 제고합니다.
Step 1: 데이터 불러오기 및 기본 정보 확인 (Data Load)
제공된 CSV 파일을 분석 컴퓨터로 불러와 로드하고, 컬럼의 타입 및 데이터 구조를 확인합니다.
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
# 한글 폰트 설정
import koreanize_matplotlib
sns.set_theme(style="whitegrid")
# 데이터 로드
df = pd.read_csv('./science_report_grades.csv')
print(df.info())
print(df.head())
💻 [실행 결과]
<class 'pandas.DataFrame'> RangeIndex: 1000 entries, 0 to 999 Data columns (total 6 columns): # Column Non-Null Count Dtype --- ------ -------------- ----- 0 ReportID 1000 non-null int64 1 FormulaCount 1000 non-null float64 2 ReferenceCount 1000 non-null float64 3 PlagiarismRatio_Percent 985 non-null float64 4 ReportGrade 1000 non-null float64 5 PeerReviewScore 1000 non-null float64 dtypes: float64(5), int64(1) memory usage: 47.0 KB None ReportID FormulaCount ... ReportGrade PeerReviewScore 0 1780001 86.0 ... 93.5 8.1 1 1780002 100.7 ... 73.5 8.0 2 1780003 121.3 ... 75.2 5.2 3 1780004 122.8 ... 78.3 6.5 4 1780005 126.2 ... 114.1 7.2 [5 rows x 6 columns]
RangeIndex: 1000 entries, 0 to 999
Data columns (total 6 columns):
# Column Non-Null Count Dtype
— —— ————– —–
0 ReportID 1000 non-null int64
1 FormulaCount 1000 non-null float64
2 ReferenceCount 1000 non-null float64
3 PlagiarismRatio_Percent 985 non-null float64
4 ReportGrade 1000 non-null float64
5 PeerReviewScore 1000 non-null float64
dtypes: float64(5), int64(1)
memory usage: 47.0 KB
ReportID FormulaCount ReferenceCount PlagiarismRatio_Percent ReportGrade PeerReviewScore 0 1780001 86.0 107.9 45.0 93.5 8.1 1 1780002 100.7 83.0 42.8 73.5 8.0 2 1780003 121.3 86.1 57.1 75.2 5.2 3 1780004 122.8 97.7 56.5 78.3 6.5 4 1780005 126.2 78.1 57.1 114.1 7.2 ```
Step 2: 결측치 및 데이터 정제 (Data Cleaning)
수집 과정에서 빈칸으로 기록된 결측값(NaN)의 존재 여부를 진단하고, 데이터 도메인 성격에 부합하는 통계 수치 대입 기법으로 정제합니다.
# 1. 컬럼별 결측치 개수 확인
print("--- 정제 전 결측치 확인 ---")
print(df.isnull().sum())
# 2. 결측치 전처리 및 대치 수행
mean_val = df['PlagiarismRatio_Percent'].mean().round(1)
df['PlagiarismRatio_Percent'] = df['PlagiarismRatio_Percent'].fillna(mean_val)
print(df.isnull().sum())
💻 [실행 결과]
--- 정제 전 결측치 확인 --- ReportID 0 FormulaCount 0 ReferenceCount 0 PlagiarismRatio_Percent 15 ReportGrade 0 PeerReviewScore 0 dtype: int64 ReportID 0 FormulaCount 0 ReferenceCount 0 PlagiarismRatio_Percent 0 ReportGrade 0 PeerReviewScore 0 dtype: int64
FormulaCount 0 ReferenceCount 0 PlagiarismRatio_Percent 15 ReportGrade 0 PeerReviewScore 0
— 정제 후 결측치 확인 — ReportID 0 FormulaCount 0 ReferenceCount 0 PlagiarismRatio_Percent 0 ReportGrade 0 PeerReviewScore 0 ```
💡 분석가의 통찰 (Analyst’s Insight)
- 평균 대입 적용의 비즈니스 및 통계적 근거: 표절비율 지표는 평시 상태에서 정규분포 중심에 수렴하므로, 누락된 값을 피실험자 및 이용자 평균값으로 메워 왜곡을 최소화합니다.
Step 3: 단변수 분포 분석 (Univariate EDA)
가장 먼저 핵심 변수가 전체 데이터에서 어떤 빈도와 분포를 가졌는지 단일 변수 시각화를 통해 파악해 봅니다.
plt.figure(figsize=(8, 5))
# 단변수 분석 그래프 생성
sns.histplot(data=df, x='ReportGrade', kde=True, color='teal')
plt.title('과학 실험 보고서 서술형 정밀 평가 빈도 분포', fontsize=14, fontweight='bold')
plt.show()
💻 [실행 결과]
💡 시각화 차트 읽는 법 & 인사이트
- 밀도 집중 대역 확인: ReportGrade 변수의 종형 곡선 또는 비대칭 스케일을 관찰하여, 다수가 모여 있는 주류 대역과 이상 극단치 구간을 감별합니다.
Step 4: 다변수 상관관계 및 이상치 분석 (Multivariate EDA)
두 개 이상의 변수를 동시에 결합하여, 조건에 따른 수치 차이나 독립 변수와 종속 변수 간의 통계적 경향을 분석합니다.
plt.figure(figsize=(9, 6))
# 다변수 분석 그래프 생성
sns.scatterplot(data=df, x='FormulaCount', y='ReportGrade', hue='PeerReviewScore', palette='coolwarm', alpha=0.8)
plt.title('FormulaCount와 ReportGrade 상관성 및 PeerReviewScore 대조', fontsize=14, fontweight='bold')
plt.show()
💻 [실행 결과]
💡 코드 딥다이브 & 비즈니스 통찰 (Analyst’s Insight)
- 분산 경향과 위험 타겟 집중 진단: X축과 Y축 간의 선형 양/음의 관계선 흐름 속에서, PeerReviewScore 색상 점들이 특정한 영역에 쏠려 있는지 판독하여 다중 요인의 연계 시너지를 증명합니다.
Step 5: 통계적 직관과 해석 (Statistical Logic)
💡 [분석 도메인 통계 지식 한눈에 보기] 본 실습은 과학 실험 보고서 서술형 정밀 평가를 판독하기 위한 의사결정 프레임워크를 제공합니다.
- 단순 평균(Mean) 비교의 함정을 방어하기 위해 집단 간의 표준편차(Standard Deviation) 분산을 대조하고, 다변수 회귀 검증을 통해 우연의 일치가 아님을 유의 수준(p-value)을 통해 입증하는 의사결정 습관이 중요합니다.
🎯 30분 강의 마무리 및 심화 과제
오늘 우리는 실전 데이터셋을 분석하여 판다스로 데이터를 가공 및 정제하고, 시각화를 활용하여 핵심 변수 간의 통계적 유의성을 검증했습니다. 데이터 속에서 숨겨진 패턴을 올바른 시각으로 탐색하는 능력이 데이터 사이언티스트의 가장 강력한 무기입니다.
📝 심화 과제 (Advanced Challenge)
- 결측치를 채우기 전과 후의 통계량 변화 대조: 전후의 평균값 및 분산 격차를 코드로 구해 설명력을 확인하세요.
- 타겟 변수 기준 그룹화 비교: 타겟 레이블값 유무에 따른 핵심 피처들의 중간값 테이블 요약을 출력해 분석해 보세요.