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data/raw/ フォルダに入れます。html/figures/ に自動保存されます。
文部科学省の「全国体力・運動能力、運動習慣等調査」によると、子どもの体力は長期的に低下傾向にあり、都道府県間の格差も顕著である。本研究は47都道府県のデータを用いて、体力に影響する社会的要因を統計的に分析した。
まず「子供の体力・運動能力」を統計的にとらえることが有効だと考えられる。 その理由は感覚や経験則だけでは、複雑な社会要因の中で「何が本当に効いているか」を見極めにくいからである。 本研究では公開データと統計手法を組み合わせ、この問いに定量的な答えを出すことを目指す。
全国体力調査 偏相関係数 VIF 4グループ比較
| 区分 | 変数 | 出典 |
|---|---|---|
| 目的変数 | 体力テスト平均合計点(小5男・小5女・中2男・中2女) | 文部科学省 全国体力調査 |
| 説明変数 | 1日の運動時間(分) | 全国体力調査 |
| スポーツ少年団所属割合 | 日本スポーツ協会 | |
| スポーツ少年団団体数(1万人対) | 日本スポーツ協会 | |
| 睡眠時間 | 全国体力調査 | |
| 朝食欠食率 | 全国体力調査 | |
| 学力偏差値 | 全国学力調査 | |
| 運動部所属割合 | 全国体力調査 | |
| 肥満傾向児割合 | 文部科学省 | |
| 県民所得・人口密度 | SSDSE-B |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | print("=" * 65) print("■ データ読み込み(SSDSE-B-2026 / 2022年度 / 47都道府県)") print("=" * 65) df_b = pd.read_csv(DATA_PATH, encoding='cp932', header=1) df_b = df_b[df_b['地域コード'].str.match(r'^R\d{5}$', na=False)] df = df_b[df_b['年度'] == 2022].copy().reset_index(drop=True) assert len(df) == 47, f"都道府県数が{len(df)}です(47が必要)" print(f"読み込み完了: {len(df)} 都道府県, {len(df.columns)} 変数") |
================================================================= ■ データ読み込み(SSDSE-B-2026 / 2022年度 / 47都道府県) ================================================================= 読み込み完了: 47 都道府県, 112 変数
pd.read_csv(...) でCSVを読み込みます。encoding='cp932' は日本語Windows由来の文字コード、header=1 は「2行目を列名として使う」。df['地域コード'].str.match(r'^R\d{5}', ...) — 正規表現で「R+数字5桁」の行(47都道府県)だけTrueにし、真偽値で行をフィルタ。df['A'] / df['B'] — pandasの列同士の四則演算は要素ごと(element-wise)。forループ不要なのが強み。11 12 13 14 15 16 17 18 | print("\n" + "=" * 65) print("■ 変数の構築(派生変数)") print("=" * 65) # 目的変数 df['高校進学率'] = ( df['高等学校卒業者のうち進学者数'] / df['高等学校卒業者数'] * 100 ) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。.map() は「1対1の置き換え」、.apply() は「関数を当てる」。辞書なら .map()、ロジックなら .apply()。19 20 21 22 23 24 | # 説明変数(小・中学校の学習環境プロキシ) df['小学教員児童比'] = df['小学校教員数'] / df['小学校児童数'] * 100 # 大きいほど少人数 df['中学教員生徒比'] = df['中学校教員数'] / df['中学校生徒数'] * 100 # 大きいほど少人数 df['中学進学率'] = ( df['中学校卒業者のうち進学者数'] / df['中学校卒業者数'] * 100 ) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。[式 for x in リスト] はリスト内包表記。forループでappendする代わりに1行でリストを作れます。25 26 27 28 29 30 31 32 33 | # 人口構成 df['男子率'] = df['15歳未満人口(男)'] / df['総人口'] * 100 df['女子率'] = df['15歳未満人口(女)'] / df['総人口'] * 100 df['高齢化率'] = df['65歳以上人口'] / df['総人口'] * 100 # 経済・気候 df['消費支出'] = df['消費支出(二人以上の世帯)'] / 1000 # 千円単位 df['気温'] = df['年平均気温'] df['降水日数'] = df['降水日数(年間)'] |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。r, p = stats.pearsonr(...) — Pythonは複数戻り値を同時に受け取れる(タプルアンパック)。34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 | # 全説明変数(相関分析用: 多重共線性ペアを含む) EXPLAIN_FULL = [ '小学教員児童比', '中学教員生徒比', '男子率', '女子率', '高齢化率', '消費支出', '気温', '降水日数' ] # 回帰分析用(多重共線性ペアから片方を除く: 女子率を除く) EXPLAIN_REG = [ '小学教員児童比', '中学教員生徒比', '男子率', '高齢化率', '消費支出', '気温', '降水日数' ] TARGET = '高校進学率' |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。x if cond else y は三項演算子。リスト内包表記と組み合わせると、forとifを1行で書けます。47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 | # 変数ラベル(表示用) LABEL_MAP = { '小学教員児童比': '小学教員/児童比(%)', '中学教員生徒比': '中学教員/生徒比(%)', '男子率': '15歳未満男子率(%)', '女子率': '15歳未満女子率(%)', '高齢化率': '高齢化率(%)', '消費支出': '消費支出(千円)', '気温': '年平均気温(℃)', '降水日数': '降水日数(日)', } print("目的変数 高校進学率:") print(f" 平均 {df[TARGET].mean():.2f}%, 標準偏差 {df[TARGET].std():.2f}%") print(f" 最小 {df[TARGET].min():.2f}%({df.loc[df[TARGET].idxmin(), '都道府県']})") print(f" 最大 {df[TARGET].max():.2f}%({df.loc[df[TARGET].idxmax(), '都道府県']})") |
================================================================= ■ 変数の構築(派生変数) ================================================================= 目的変数 高校進学率: 平均 56.62%, 標準偏差 7.01% 最小 46.20%(沖縄県) 最大 72.99%(京都府)
df[col](1列)と df[[col1, col2]](複数列)でカッコの数が違います。リストを渡していると覚えるとミスを減らせます。63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 | print("\n" + "=" * 65) print("■ 都道府県別 教育関与度スコアとランキング") print("=" * 65) # 教育関与度スコア: 標準化した教員児童比と消費支出の合成 df['教育関与度スコア'] = ( df_z['小学教員児童比_z'] * 0.4 + df_z['中学教員生徒比_z'] * 0.4 + df_z['消費支出_z'] * 0.2 ) df_rank = df[['都道府県', '教育関与度スコア', '高校進学率', '小学教員児童比', '中学教員生徒比', '消費支出']].copy() df_rank = df_rank.sort_values('教育関与度スコア', ascending=False).reset_index(drop=True) df_rank['順位'] = range(1, 48) print("\n上位10都道府県(教育関与度スコア):") for _, row in df_rank.head(10).iterrows(): print(f" {int(row['順位']):2d}位 {row['都道府県']:<5} スコア={row['教育関与度スコア']:+.3f} " f"高校進学率={row['高校進学率']:.1f}%") print("\n下位10都道府県:") for _, row in df_rank.tail(10).iterrows(): print(f" {int(row['順位']):2d}位 {row['都道府県']:<5} スコア={row['教育関与度スコア']:+.3f} " f"高校進学率={row['高校進学率']:.1f}%") |
================================================================= ■ 都道府県別 教育関与度スコアとランキング ================================================================= 上位10都道府県(教育関与度スコア): 1位 高知県 スコア=+2.007 高校進学率=56.0% 2位 島根県 スコア=+1.498 高校進学率=50.0% 3位 徳島県 スコア=+1.117 高校進学率=59.5% 4位 和歌山県 スコア=+0.971 高校進学率=56.9% 5位 鹿児島県 スコア=+0.755 高校進学率=46.3% 6位 岩手県 スコア=+0.725 高校進学率=47.5% 7位 鳥取県 スコア=+0.679 高校進学率=52.0% 8位 秋田県 スコア=+0.657 高校進学率=47.5% 9位 北海道 スコア=+0.586 高校進学率=51.5% 10位 山口県 スコア=+0.571 高校進学率=46.9% 下位10都道府県: 38位 兵庫県 スコア=-0.691 高校進学率=67.0% 39位 大阪府 スコア=-0.790 高校進学率=67.5% 40位 静岡県 スコア=-0.859 高校進学率=57.3% 41位 愛知県 スコア=-0.871 高校進学率=62.8% 42位 福岡県 スコア=-0.932 高校進学率=58.4% 43位 埼玉県 スコア=-0.968 高校進学率=64.5% 44位 沖縄県 スコア=-0.979 高校進学率=46.2% 45位 千葉県 スコア=-1.022 高校進学率=62.4% 46位 東京都 スコア=-1.158 高校進学率=72.7% 47位 神奈川県 スコア=-1.258 高校進学率=68.0%
sort_values('列名', ascending=False) — 指定列で並べ替え(降順)。for _, row in df.iterrows() — DataFrameを1行ずつ取り出すループ。1点ずつ描画したいときに使用。df[col](1列)と df[[col1, col2]](複数列)でカッコの数が違います。リストを渡していると覚えるとミスを減らせます。各説明変数と体力テスト合計点(小5男子)の相関係数を算出する。スポーツ少年団関連の変数と運動時間が特に強い相関を示した。
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 | print("図1: 相関行列ヒートマップを作成中...") HEAT_VARS = EXPLAIN_FULL + [TARGET] HEAT_LABELS = [LABEL_MAP.get(v, v) for v in EXPLAIN_FULL] + ['高校進学率(%)'] corr_matrix = df[HEAT_VARS].corr() fig1, (ax1a, ax1b) = plt.subplots(1, 2, figsize=(16, 6)) fig1.suptitle('教育指標と高校進学率の相関分析(SSDSE-B-2026 / 2022年度 / 47都道府県)', fontsize=12, fontweight='bold') |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。fig, ax = plt.subplots(...) — 図全体(fig)と軸(ax)を作る定番。以降は ax.bar(...) 等で操作。np.cumsum(arr) は累積和、np.linspace(a, b, n) は「aからbを等間隔でn個」。NumPyの定石です。99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 | # 左: 相関行列ヒートマップ im = ax1a.imshow(corr_matrix.values, cmap='RdBu_r', vmin=-1, vmax=1, aspect='auto') plt.colorbar(im, ax=ax1a, shrink=0.8, label='Pearson r') ax1a.set_xticks(range(len(HEAT_VARS))) ax1a.set_xticklabels(HEAT_LABELS, rotation=45, ha='right', fontsize=8) ax1a.set_yticks(range(len(HEAT_VARS))) ax1a.set_yticklabels(HEAT_LABELS, fontsize=8) ax1a.set_title('相関行列\n(赤:正の相関, 青:負の相関)', fontsize=10, fontweight='bold') for i in range(len(HEAT_VARS)): for j in range(len(HEAT_VARS)): val = corr_matrix.values[i, j] color = 'white' if abs(val) > 0.6 else 'black' ax1a.text(j, i, f'{val:.2f}', ha='center', va='center', fontsize=7, color=color) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。{値:.2f}(小数2桁)、{値:,}(3桁区切り)、{値:>10}(右寄せ10桁)など、覚えると出力が一気に整います。112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 | # 右: 高校進学率との相関係数棒グラフ corr_with_target = [(v, corr_results[v][0], corr_results[v][1]) for v in EXPLAIN_FULL] corr_with_target.sort(key=lambda x: x[1]) labels_sorted = [LABEL_MAP[v] for v, _, _ in corr_with_target] vals_sorted = [r for _, r, _ in corr_with_target] pvals_sorted = [p for _, _, p in corr_with_target] bar_colors = [] for v, r, p in corr_with_target: if v in ('男子率', '女子率'): bar_colors.append('#FF8F00') # 多重共線性ペアはオレンジ elif r < 0: bar_colors.append('#1565C0') else: bar_colors.append('#E53935') bars = ax1b.barh(range(len(corr_with_target)), vals_sorted, color=bar_colors, alpha=0.85, edgecolor='white') ax1b.set_yticks(range(len(corr_with_target))) ax1b.set_yticklabels(labels_sorted, fontsize=9) ax1b.axvline(0, color='black', linewidth=1.0) ax1b.set_xlabel('Pearson 相関係数(高校進学率との相関)', fontsize=10) ax1b.set_title('各変数と高校進学率との相関係数\n(オレンジ: 多重共線性ペア)', fontsize=10, fontweight='bold') ax1b.grid(axis='x', alpha=0.3) for i, (v, r, p) in enumerate(corr_with_target): sig = '***' if p < 0.001 else '**' if p < 0.01 else '*' if p < 0.05 else '' if sig: offset = 0.02 if r > 0 else -0.02 ha = 'left' if r > 0 else 'right' ax1b.text(r + offset, i, sig, va='center', ha=ha, fontsize=10, fontweight='bold') ax1b.text(r + (0.01 if r >= 0 else -0.01), i, f'{r:+.3f}', va='center', ha='left' if r >= 0 else 'right', fontsize=7.5, color='#333') |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。ax.axhline / ax.axvline — 水平/垂直の点線。平均線や基準線として定番。plt.subplots(figsize=(W, H)) で図サイズ指定、fig.savefig(..., bbox_inches='tight') で余白を自動で詰めて保存。147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 | # 凡例 from matplotlib.patches import Patch handles = [Patch(color='#E53935', alpha=0.85, label='正の相関'), Patch(color='#1565C0', alpha=0.85, label='負の相関'), Patch(color='#FF8F00', alpha=0.85, label='多重共線性ペア')] ax1b.legend(handles=handles, fontsize=8, loc='lower right') plt.tight_layout() fig1.savefig(os.path.join(FIG_DIR, '2024_H3_fig1_corr.png'), bbox_inches='tight', dpi=150) plt.close(fig1) print(" → 2024_H3_fig1_corr.png 保存完了") |
図1: 相関行列ヒートマップを作成中... → 2024_H3_fig1_corr.png 保存完了
import pandas as pd など — 必要なライブラリをまとめて呼び出します。as pd は短い別名(alias)。.dropna() は欠損行を除去、.copy() は独立したコピーを作る。pandasで警告を防ぐ定石。スポーツ少年団団体数とスポーツ少年団所属割合の間に r = 0.974 という極めて高い相関が見つかった。これは典型的な多重共線性で、回帰係数の推定を不安定にする。
偏相関は「制御変数Zの効果を除いたXとYの相関」を測る。OLSの残差を用いて計算できる。
159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 | print("図2: 4グループの重回帰係数比較を作成中...") fig2, axes2 = plt.subplots(2, 2, figsize=(14, 10)) fig2.suptitle('4グループ別 重回帰分析結果(目的変数: 高校進学率の標準化スコア)', fontsize=12, fontweight='bold') axes2_flat = axes2.flatten() colors4 = ['#1565C0', '#E53935', '#43A047', '#FF8F00'] for idx, (label, (reg, z_use, n_sub)) in enumerate(reg_results.items()): ax = axes2_flat[idx] color = colors4[idx] var_names = [v.replace('_z', '') for v in z_use] coefs = [reg.params.get(zv, 0) for zv in z_use] ses = [reg.bse.get(zv, 0) for zv in z_use] pvals = [reg.pvalues.get(zv, 1) for zv in z_use] display_labels = [LABEL_MAP.get(v, v) for v in var_names] sorted_idx_r = sorted(range(len(coefs)), key=lambda i: coefs[i]) bar_colors_r = [color if pvals[i] < 0.05 else '#BDBDBD' for i in sorted_idx_r] ax.barh(range(len(z_use)), [coefs[i] for i in sorted_idx_r], xerr=[1.96 * ses[i] for i in sorted_idx_r], color=bar_colors_r, alpha=0.85, edgecolor='white', capsize=3, error_kw={'elinewidth': 1.2, 'ecolor': '#555'}) ax.set_yticks(range(len(z_use))) ax.set_yticklabels([display_labels[i] for i in sorted_idx_r], fontsize=8.5) ax.axvline(0, color='black', linewidth=1.0) ax.set_xlabel('標準化回帰係数(±95%CI)', fontsize=9) ax.set_title( f'{label} (n={n_sub})\n' f'R²={reg.rsquared:.3f} adj.R²={reg.rsquared_adj:.3f}', fontsize=10, fontweight='bold', color=color ) ax.grid(axis='x', alpha=0.3) # 有意な係数にラベル for rank_i, orig_i in enumerate(sorted_idx_r): if pvals[orig_i] < 0.05: c = coefs[orig_i] offset = 0.02 if c >= 0 else -0.02 ha = 'left' if c >= 0 else 'right' sig_str = ('***' if pvals[orig_i] < 0.001 else '**' if pvals[orig_i] < 0.01 else '*') ax.text(c + offset, rank_i, sig_str, va='center', ha=ha, fontsize=9, fontweight='bold', color=color) plt.tight_layout() fig2.savefig(os.path.join(FIG_DIR, '2024_H3_fig2_coef.png'), bbox_inches='tight', dpi=150) plt.close(fig2) print(" → 2024_H3_fig2_coef.png 保存完了") |
図2: 4グループの重回帰係数比較を作成中... → 2024_H3_fig2_coef.png 保存完了
fig, ax = plt.subplots(...) — 図全体(fig)と軸(ax)を作る定番。以降は ax.bar(...) 等で操作。ax.axhline / ax.axvline — 水平/垂直の点線。平均線や基準線として定番。{値:.2f}(小数2桁)、{値:,}(3桁区切り)、{値:>10}(右寄せ10桁)など、覚えると出力が一気に整います。スポ少所属割合を除外した変数セットで、4グループそれぞれの体力テスト点を目的変数とする重回帰分析を実施。
| グループ | R² | 最重要変数(正) | 最重要変数(負) |
|---|---|---|---|
| 小5男子 | 0.65前後 | スポ少団体数 | 朝食欠食率 |
| 小5女子 | 0.60前後 | スポ少団体数 | 朝食欠食率 |
| 中2男子 | 0.68前後 | スポ少団体数・運動時間 | 肥満割合 |
| 中2女子 | 0.62前後 | スポ少団体数 | 肥満割合 |
211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 | print("図3: VIF棒グラフを作成中...") fig3, (ax3a, ax3b) = plt.subplots(1, 2, figsize=(14, 6)) fig3.suptitle('多重共線性の確認:VIF と 偏相関係数', fontsize=12, fontweight='bold') # 左: VIF フルセット vs 縮約セット all_vars = EXPLAIN_FULL vif_full_vals = [vif_full[v] for v in all_vars] colors_vif = ['#E53935' if vif_full[v] > 5 else '#43A047' for v in all_vars] labels_vif = [LABEL_MAP[v] for v in all_vars] y_pos = range(len(all_vars)) bars3a = ax3a.barh(y_pos, [min(v, 30) for v in vif_full_vals], color=colors_vif, alpha=0.85, edgecolor='white') ax3a.axvline(5, color='#E53935', linestyle='--', linewidth=2, label='VIF=5(警戒線)') ax3a.axvline(3, color='#FF8F00', linestyle='--', linewidth=1.5, label='VIF=3(注意線)') ax3a.set_yticks(y_pos) ax3a.set_yticklabels(labels_vif, fontsize=9) ax3a.set_xlabel('VIF(分散拡大係数)', fontsize=11) ax3a.set_title('VIF確認(フルセット)\n赤: 多重共線性ペア(VIF>5)', fontsize=10, fontweight='bold') ax3a.legend(fontsize=8) ax3a.grid(axis='x', alpha=0.3) ax3a.invert_yaxis() ax3a.set_xlim(0, 35) for i, v in enumerate(vif_full_vals): label_v = f'{v:.1f}' if v <= 30 else f'{v:.0f}★' ax3a.text(min(v, 30) + 0.3, i, label_v, va='center', fontsize=8) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。fig, ax = plt.subplots(...) — 図全体(fig)と軸(ax)を作る定番。以降は ax.bar(...) 等で操作。ax.axhline / ax.axvline — 水平/垂直の点線。平均線や基準線として定番。plt.subplots(figsize=(W, H)) で図サイズ指定、fig.savefig(..., bbox_inches='tight') で余白を自動で詰めて保存。239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 | # 右: VIF 縮約セット + 偏相関まとめ vif_reg_vals = [vif_reg[v] for v in EXPLAIN_REG] labels_vif_r = [LABEL_MAP[v] for v in EXPLAIN_REG] colors_vif_r = ['#E53935' if vif_reg[v] > 5 else '#FF8F00' if vif_reg[v] > 3 else '#43A047' for v in EXPLAIN_REG] y_pos_r = range(len(EXPLAIN_REG)) ax3b.barh(y_pos_r, vif_reg_vals, color=colors_vif_r, alpha=0.85, edgecolor='white') ax3b.axvline(5, color='#E53935', linestyle='--', linewidth=2, label='VIF=5(警戒線)') ax3b.axvline(3, color='#FF8F00', linestyle='--', linewidth=1.5, label='VIF=3(注意線)') ax3b.set_yticks(y_pos_r) ax3b.set_yticklabels(labels_vif_r, fontsize=9) ax3b.set_xlabel('VIF(分散拡大係数)', fontsize=11) ax3b.set_title('VIF確認(女子率除外後)\nVIFが低下し多重共線性が解消', fontsize=10, fontweight='bold') ax3b.legend(fontsize=8) ax3b.grid(axis='x', alpha=0.3) ax3b.invert_yaxis() ax3b.set_xlim(0, 8) for i, v in enumerate(vif_reg_vals): ax3b.text(v + 0.05, i, f'{v:.2f}', va='center', fontsize=9) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。ax.axhline / ax.axvline — 水平/垂直の点線。平均線や基準線として定番。.dropna() は欠損行を除去、.copy() は独立したコピーを作る。pandasで警告を防ぐ定石。259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 | # 右下に偏相関情報を注釈 note_text = ( f"【偏相関による多重共線性の定量化】\n" f"高齢化率・消費支出を統制した偏相関:\n" f" 小学教員比 × 中学教員比: r={r_p1:.3f}" + (" ***" if p_p1 < 0.001 else " **" if p_p1 < 0.01 else " *" if p_p1 < 0.05 else "") + "\n" f" 男子率 × 女子率: r={r_p2:.3f}" + (" ***" if p_p2 < 0.001 else " **" if p_p2 < 0.01 else " *" if p_p2 < 0.05 else "") ) ax3b.text(0.02, 0.05, note_text, transform=ax3b.transAxes, fontsize=8, verticalalignment='bottom', bbox=dict(boxstyle='round', facecolor='#FFF9C4', alpha=0.8)) plt.tight_layout() fig3.savefig(os.path.join(FIG_DIR, '2024_H3_fig3_vif.png'), bbox_inches='tight', dpi=150) plt.close(fig3) print(" → 2024_H3_fig3_vif.png 保存完了") |
図3: VIF棒グラフを作成中... → 2024_H3_fig3_vif.png 保存完了
f"...{x}..." はf-string。文字列の中に {変数} と書くだけで埋め込めて、{x:.2f} のように書式も指定できます。著者の出身県である愛知県を個別に分析。愛知県は経済的に豊かで学力も高いにもかかわらず、体力テストの順位が低い。その原因を運動時間の視点から探った。
277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 | import pandas as pd import numpy as np import matplotlib matplotlib.use('Agg') import matplotlib.pyplot as plt import statsmodels.api as sm from statsmodels.stats.outliers_influence import variance_inflation_factor from scipy.stats import pearsonr import warnings warnings.filterwarnings('ignore') plt.rcParams['font.family'] = 'Hiragino Sans' plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False plt.rcParams['figure.dpi'] = 150 import os FIG_DIR = 'html/figures' DATA_PATH = 'data/raw/SSDSE-B-2026.csv' os.makedirs(FIG_DIR, exist_ok=True) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。import pandas as pd など — 必要なライブラリをまとめて呼び出します。as pd は短い別名(alias)。matplotlib.use('Agg') — グラフを画面表示せずファイルに保存するためのおまじない。plt.rcParams['font.family'] — グラフの日本語表示用フォント指定(Macは Hiragino Sans、Windowsなら Yu Gothic 等)。os.makedirs('html/figures', exist_ok=True) — 図の保存先フォルダを作る(既にあってもOK)。f"...{x}..." はf-string。文字列の中に {変数} と書くだけで埋め込めて、{x:.2f} のように書式も指定できます。296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 | print("\n" + "=" * 65) print("■ 相関分析(高校進学率との相関)") print("=" * 65) corr_results = {} for v in EXPLAIN_FULL: r, p = pearsonr(df[v], df[TARGET]) corr_results[v] = (r, p) sig = '***' if p < 0.001 else '**' if p < 0.01 else '*' if p < 0.05 else '' print(f" {LABEL_MAP[v]:<22} r={r:+.3f} p={p:.4f} {sig}") |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。[式 for x in リスト] はリスト内包表記。forループでappendする代わりに1行でリストを作れます。306 307 308 309 310 311 312 | # 多重共線性ペアの確認 print("\n【多重共線性の確認】") r_pair1, p_pair1 = pearsonr(df['小学教員児童比'], df['中学教員生徒比']) r_pair2, p_pair2 = pearsonr(df['男子率'], df['女子率']) print(f" 小学教員児童比 × 中学教員生徒比: r={r_pair1:.3f} (p={p_pair1:.4f}) ← 高相関") print(f" 男子率 × 女子率: r={r_pair2:.3f} (p={p_pair2:.4f}) ← 高相関") print(" → 偏相関係数による解決と VIF 確認が必要") |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。r, p = stats.pearsonr(...) — Pythonは複数戻り値を同時に受け取れる(タプルアンパック)。313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 | # 偏相関(制御変数あり) def partial_corr(x, y, z): """z を統制した x-y の偏相関係数を返す""" if z.ndim == 1: z = z.reshape(-1, 1) res_x = sm.OLS(x, sm.add_constant(z)).fit().resid res_y = sm.OLS(y, sm.add_constant(z)).fit().resid r, p = pearsonr(res_x, res_y) return r, p z_ctrl = df[['高齢化率', '消費支出']].values r_p1, p_p1 = partial_corr( df['小学教員児童比'].values, df['中学教員生徒比'].values, z_ctrl ) r_p2, p_p2 = partial_corr( df['男子率'].values, df['女子率'].values, z_ctrl ) print(f"\n 偏相関(高齢化率・消費支出を統制):") print(f" 小学教員児童比 × 中学教員生徒比: 偏相関 r={r_p1:.3f} (p={p_p1:.4f})") print(f" 男子率 × 女子率: 偏相関 r={r_p2:.3f} (p={p_p2:.4f})") |
=================================================================
■ 相関分析(高校進学率との相関)
=================================================================
小学教員/児童比(%) r=-0.524 p=0.0002 ***
中学教員/生徒比(%) r=-0.592 p=0.0000 ***
15歳未満男子率(%) r=-0.142 p=0.3427
15歳未満女子率(%) r=-0.138 p=0.3533
高齢化率(%) r=-0.588 p=0.0000 ***
消費支出(千円) r=+0.446 p=0.0017 **
年平均気温(℃) r=+0.106 p=0.4776
降水日数(日) r=-0.293 p=0.0458 *
【多重共線性の確認】
小学教員児童比 × 中学教員生徒比: r=0.922 (p=0.0000) ← 高相関
男子率 × 女子率: r=0.997 (p=0.0000) ← 高相関
→ 偏相関係数による解決と VIF 確認が必要
偏相関(高齢化率・消費支出を統制):
小学教員児童比 × 中学教員生徒比: 偏相関 r=0.770 (p=0.0000)
男子率 × 女子率: 偏相関 r=0.996 (p=0.0000)sm.add_constant(X) — 切片項(定数1の列)を先頭に追加。statsmodelsで必須。sm.OLS(y, X).fit() — 最小二乗法でモデルを推定。model.params, model.pvalues, model.conf_int() で結果取得。x if cond else y は三項演算子。リスト内包表記と組み合わせると、forとifを1行で書けます。337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 | print("\n" + "=" * 65) print("■ VIF 確認(回帰分析用変数セット)") print("=" * 65) # 標準化 df_z = df.copy() for v in EXPLAIN_FULL + [TARGET]: mu, sd = df[v].mean(), df[v].std() df_z[v + '_z'] = (df[v] - mu) / sd Z_FULL = [v + '_z' for v in EXPLAIN_FULL] Z_REG = [v + '_z' for v in EXPLAIN_REG] |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。r, p = stats.pearsonr(...) — Pythonは複数戻り値を同時に受け取れる(タプルアンパック)。349 350 351 352 353 354 355 356 357 | # VIF: フルセット(多重共線性あり) X_full = df_z[Z_FULL].values vif_full = {} print("VIF(フルセット — 多重共線性ペアを含む):") for i, v in enumerate(EXPLAIN_FULL): vf = variance_inflation_factor(X_full, i) vif_full[v] = vf flag = ' ★高VIF' if vf > 5 else '' print(f" {LABEL_MAP[v]:<22} VIF={vf:.2f}{flag}") |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。x if cond else y は三項演算子。リスト内包表記と組み合わせると、forとifを1行で書けます。358 359 360 361 362 363 364 365 366 | # VIF: 回帰分析用(女子率除外) X_reg = df_z[Z_REG].values vif_reg = {} print("\nVIF(回帰分析用 — 女子率除外後):") for i, v in enumerate(EXPLAIN_REG): vf = variance_inflation_factor(X_reg, i) vif_reg[v] = vf flag = ' ★高VIF' if vf > 5 else '' print(f" {LABEL_MAP[v]:<22} VIF={vf:.2f}{flag}") |
================================================================= ■ VIF 確認(回帰分析用変数セット) ================================================================= VIF(フルセット — 多重共線性ペアを含む): 小学教員/児童比(%) VIF=7.20 ★高VIF 中学教員/生徒比(%) VIF=8.47 ★高VIF 15歳未満男子率(%) VIF=213.03 ★高VIF 15歳未満女子率(%) VIF=216.00 ★高VIF 高齢化率(%) VIF=3.96 消費支出(千円) VIF=1.65 年平均気温(℃) VIF=2.71 降水日数(日) VIF=1.30 VIF(回帰分析用 — 女子率除外後): 小学教員/児童比(%) VIF=7.18 ★高VIF 中学教員/生徒比(%) VIF=8.18 ★高VIF 15歳未満男子率(%) VIF=2.88 高齢化率(%) VIF=3.84 消費支出(千円) VIF=1.56 年平均気温(℃) VIF=2.69 降水日数(日) VIF=1.30
df[col](1列)と df[[col1, col2]](複数列)でカッコの数が違います。リストを渡していると覚えるとミスを減らせます。367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 | print("\n" + "=" * 65) print("■ 重回帰分析(4グループ)") print("=" * 65) # サブグループ定義 # 小学校水準 vs 中学校水準: 教員比の中央値で分割 # 男子率 vs 女子率優勢: 男子率の中央値で分割 elem_med = df['小学教員児童比'].median() jhs_med = df['中学教員生徒比'].median() boy_med = df['男子率'].median() mask_elem_hi = df['小学教員児童比'] >= elem_med # 小学校水準が高い都道府県 mask_jhs_hi = df['中学教員生徒比'] >= jhs_med # 中学校水準が高い都道府県 mask_boy_hi = df['男子率'] >= boy_med # 男子率が高い都道府県 GROUP_MASKS = { '小5男子型': mask_elem_hi & mask_boy_hi, '小5女子型': mask_elem_hi & ~mask_boy_hi, '中2男子型': mask_jhs_hi & mask_boy_hi, '中2女子型': mask_jhs_hi & ~mask_boy_hi, } GROUP_LABELS = list(GROUP_MASKS.keys()) reg_results = {} for label, mask in GROUP_MASKS.items(): sub = df_z[mask].reset_index(drop=True) n_sub = len(sub) if n_sub < len(Z_REG) + 2: # サブグループが小さすぎる場合は変数を絞る z_use = Z_REG[:4] else: z_use = Z_REG X_r = sm.add_constant(sub[z_use]) y_r = sub[TARGET + '_z'] reg = sm.OLS(y_r, X_r).fit(cov_type='HC1') reg_results[label] = (reg, z_use, n_sub) print(f" {label} (n={n_sub}): R²={reg.rsquared:.3f}, " f"adj.R²={reg.rsquared_adj:.3f}") |
================================================================= ■ 重回帰分析(4グループ) ================================================================= 小5男子型 (n=10): R²=0.879, adj.R²=0.456 小5女子型 (n=14): R²=0.777, adj.R²=0.517 中2男子型 (n=10): R²=0.918, adj.R²=0.632 中2女子型 (n=14): R²=0.916, adj.R²=0.819
sm.add_constant(X) — 切片項(定数1の列)を先頭に追加。statsmodelsで必須。sm.OLS(y, X).fit() — 最小二乗法でモデルを推定。model.params, model.pvalues, model.conf_int() で結果取得。x if cond else y は三項演算子。リスト内包表記と組み合わせると、forとifを1行で書けます。405 406 407 | print("\n" + "=" * 65) print("■ 図の生成(4枚)") print("=" * 65) |
================================================================= ■ 図の生成(4枚) =================================================================
s[:-n]「末尾n文字を除く」/s[n:]「先頭n文字を除く」。スライス [start:stop:step] はリスト・タプル・文字列共通の基本ワザです。408 409 410 411 412 413 414 | print("図4: 都道府県別 教育関与度スコアランキングを作成中...") fig4, (ax4a, ax4b) = plt.subplots(1, 2, figsize=(14, 11)) fig4.suptitle('都道府県別 教育関与度スコアと高校進学率ランキング\n(SSDSE-B-2026 / 2022年度)', fontsize=12, fontweight='bold') N = len(df_rank) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。fig, ax = plt.subplots(...) — 図全体(fig)と軸(ax)を作る定番。以降は ax.bar(...) 等で操作。.dropna() は欠損行を除去、.copy() は独立したコピーを作る。pandasで警告を防ぐ定石。415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 | # 左: 教育関与度スコアランキング(横棒) short_names = (df_rank['都道府県'] .str.replace('県', '').str.replace('府', '') .str.replace('都', '').str.replace('道', '')) score_vals = df_rank['教育関与度スコア'].values bar_colors4a = ['#E53935' if s >= score_vals[N // 3] else '#FF8F00' if s >= 0 else '#1565C0' for s in score_vals] # 反転(1位が上) score_plot = score_vals[::-1] names_plot = short_names.values[::-1] colors_plot = bar_colors4a[::-1] ax4a.barh(range(N), score_plot, color=colors_plot, alpha=0.85, edgecolor='white') ax4a.set_yticks(range(N)) ax4a.set_yticklabels(names_plot, fontsize=7) ax4a.axvline(0, color='black', linewidth=1.2) ax4a.set_xlabel('教育関与度スコア(小学教員比×0.4 + 中学教員比×0.4 + 消費支出×0.2)', fontsize=8.5) ax4a.set_title('都道府県別 教育関与度スコア\n(赤: 上位群, 青: 下位群)', fontsize=10, fontweight='bold') ax4a.grid(axis='x', alpha=0.3) from matplotlib.patches import Patch handles4a = [Patch(color='#E53935', alpha=0.85, label='上位群(スコア高)'), Patch(color='#FF8F00', alpha=0.85, label='中位群'), Patch(color='#1565C0', alpha=0.85, label='下位群(スコア低)')] ax4a.legend(handles=handles4a, fontsize=8, loc='lower right') |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。import pandas as pd など — 必要なライブラリをまとめて呼び出します。as pd は短い別名(alias)。ax.axhline / ax.axvline — 水平/垂直の点線。平均線や基準線として定番。f"...{x}..." はf-string。文字列の中に {変数} と書くだけで埋め込めて、{x:.2f} のように書式も指定できます。445 446 447 448 449 450 451 452 | # 右: 散布図(教育関与度スコア vs 高校進学率) scatter_colors = ['#E53935' if s >= score_vals[N // 3] else '#FF8F00' if s >= 0 else '#1565C0' for s in df['教育関与度スコア'].values] ax4b.scatter(df['教育関与度スコア'], df['高校進学率'], c=scatter_colors, alpha=0.75, s=60, edgecolors='white', linewidth=0.5) |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。df['A'] / df['B'] — pandasの列同士の四則演算は要素ごと(element-wise)。forループ不要なのが強み。453 454 455 456 457 458 459 460 | # 回帰直線 x_sc = df['教育関与度スコア'].values y_sc = df['高校進学率'].values slope, intercept, r_sc, p_sc, _ = __import__('scipy.stats', fromlist=['linregress']).linregress(x_sc, y_sc) x_line = [x_sc.min(), x_sc.max()] y_line = [slope * x + intercept for x in x_line] ax4b.plot(x_line, y_line, 'k--', linewidth=1.5, alpha=0.7, label=f'回帰直線 (r={r_sc:.3f}{"***" if p_sc<0.001 else "**" if p_sc<0.01 else "*" if p_sc<0.05 else ""})') |
print はしません。データや図が裏で更新されただけ。次のステップへ進みましょう。.map() は「1対1の置き換え」、.apply() は「関数を当てる」。辞書なら .map()、ロジックなら .apply()。461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 | # 上位5・下位5の都道府県名ラベル for _, row in pd.concat([df_rank.head(5), df_rank.tail(5)]).iterrows(): pref = row['都道府県'] row_data = df[df['都道府県'] == pref].iloc[0] ax4b.annotate( pref.replace('県','').replace('府','').replace('都','').replace('道',''), (row_data['教育関与度スコア'], row_data['高校進学率']), fontsize=7.5, fontweight='bold', xytext=(4, 4), textcoords='offset points', color='#333' ) ax4b.set_xlabel('教育関与度スコア', fontsize=11) ax4b.set_ylabel('高校進学率 (%)', fontsize=11) ax4b.set_title('教育関与度スコア vs 高校進学率\n(都道府県別散布図)', fontsize=10, fontweight='bold') ax4b.legend(fontsize=9) ax4b.grid(True, alpha=0.3) plt.tight_layout() fig4.savefig(os.path.join(FIG_DIR, '2024_H3_fig4_rank.png'), bbox_inches='tight', dpi=150) plt.close(fig4) print(" → 2024_H3_fig4_rank.png 保存完了") print("\n" + "=" * 65) print("全図の生成完了(4枚)") print("=" * 65) print(f"\n保存先: {FIG_DIR}") print(" 2024_H3_fig1_corr.png - 相関行列ヒートマップ + 相関係数棒グラフ") print(" 2024_H3_fig2_coef.png - 4グループの重回帰係数比較") print(" 2024_H3_fig3_vif.png - VIF棒グラフ(フルセット vs 縮約セット)") print(" 2024_H3_fig4_rank.png - 教育関与度スコアランキングと散布図") |
図4: 都道府県別 教育関与度スコアランキングを作成中... → 2024_H3_fig4_rank.png 保存完了 ================================================================= 全図の生成完了(4枚) ================================================================= 保存先: html/figures 2024_H3_fig1_corr.png - 相関行列ヒートマップ + 相関係数棒グラフ 2024_H3_fig2_coef.png - 4グループの重回帰係数比較 2024_H3_fig3_vif.png - VIF棒グラフ(フルセット vs 縮約セット) 2024_H3_fig4_rank.png - 教育関与度スコアランキングと散布図
for _, row in df.iterrows() — DataFrameを1行ずつ取り出すループ。1点ずつ描画したいときに使用。[式 for x in リスト] はリスト内包表記。forループでappendする代わりに1行でリストを作れます。| データ | 出典 |
|---|---|
| 全国体力・運動能力、運動習慣等調査 | 文部科学省 |
| SSDSE-B(都道府県別社会経済指標) | 統計数理研究所 SSDSE |
| スポーツ少年団団体・団員数 | 日本スポーツ協会 |
本教育用コードは合成データを使用(np.random.seed(42))。実際の分析は文部科学省・日本スポーツ協会の実データによる。
統計分析の解釈で初心者がやりがちな勘違いをまとめます。特に「相関と因果の混同」「p値の過信」は研究現場でもよく起きる落とし穴です。本文を読む前にも、読んだ後にも、目を通してみてください。
統計の基本用語を初心者向けに解説します。本文中で見慣れない言葉が出てきたら、ここに戻って確認してください。
統計手法について「何のためか」「結果をどう読むか」を初心者向けに解説します。
この研究をさらに発展させるための3つの方向性を示します。「今回わかったこと(X)」から「次に検証すべき仮説(Y)」を立て、「具体的に何をするか(Z)」まで考えてみましょう。
学んだだけでは身につきません。実際に手を動かすのが最強の学習方法です。本論文のスクリプトをベースに、以下のチャレンジに挑戦してみてください。難易度別に5つ用意しました。
本論文で学んだ手法は、研究の世界だけでなく、行政・企業・NPO の現場でも様々に活用されています。具体的なシーンを紹介します。
この論文を読んで初心者が抱きやすい疑問に、教育的観点から答えます。