Konzepte · Maschinelles Lernen

Experimente und Wirkungsmessung erklärt

Zwölf Stücke mit demselben wachsenden Beispiel: eine neue Bestandsregel (ein höherer Sicherheitsfaktor) an Standorten, gemessen am Servicegrad. Die Wahrheit ist bekannt, weil die Standort-Fenster simuliert sind: der Faktor 1,4 hebt den Servicegrad um 3,49 Prozentpunkte. Das erste Stück prüft, ob ein A/B-Test diese Wirkung findet; jedes Folgestück hebt eine Annahme auf, die in der Praxis bricht: zu wenige Fenster, hinsehen während des Tests, viele Kennzahlen, schiefe Daten und Ausreißer, ein Verhältnis aus Tageswerten, eine Zuteilung nach den Ergebnissen, Standorte, die einander beeinflussen, ein einzelner umgestellter Standort und eine Regel, die nie gefahren wurde.

Alle Zahlen stehen in den README der Demos. Jede Demo prüft ihre Kernrechnung gegen einen unabhängigen Weg (eine exakte Formel, scipy, eine vollständige Aufzählung) und benennt den Fall, in dem das Verfahren versagt, mit Zahlen. Das Beispiel ist erfunden; was es zeigt, gilt für dieses Beispiel und sagt nichts darüber, wie ein reales Experiment ausgeht.

In short: Covers experimentation and causal impact measurement: A/B testing, statistical power, sequential (interim) looks, switchback experiments and analysis of log data. Interactive demos use one simulated policy change with a known true effect.

Hintergrund zum Thema: Bestandsmanagement.

Diese Seite gehört zu Algorithmen und Verfahren erklärt. So lesen Sie sie: Das Diagramm zeigt, wie die Stücke zusammenhängen. Jede Kachel darunter öffnet eine interaktive Demo, wo es eine gibt, mit einer Erklärseite für Einsteiger und Fachleute. Auf der Suche nach einer Lösung für ein konkretes Problem? Zu den Interaktiven Demos.

Hinweis: Alle Demos rechnen mit synthetischen oder frei verfügbaren Beispieldaten und laufen auf einem externen Anbieter (Datenschutz). Bitte geben Sie darin keine vertraulichen oder personenbezogenen Daten ein. Die Ergebnisse gelten für die jeweilige Demo-Instanz und lassen sich nicht ungeprüft auf reale Fälle übertragen; für darauf gestützte Entscheidungen übernehme ich keine Gewähr.

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Zum Nachlesen: erst einfach, dann fachlich

A/B-TEST

Der A/B-Test verständlich erklärt

Ist ein Unterschied echt oder Zufall, und wann hält ein Test, was er verspricht? Erst für Einsteiger ohne Formeln, dann für Fachleute mit Modell, Formeln und Messwerten.

Die zwölf Stücke im Überblick

Der A/B-Test ist die Wurzel: zwei Regeln, ein Servicegrad, ein Welch-Test. Daraus verzweigt die Linie nach der Schwäche, die jeweils behoben wird: Teststärke (wie viele Fenster), Gültigkeit der Zuteilung, Mehrfachtests, schiefe Daten und Ausreißer. Von der Teststärke aus folgen Zwischenblicke (nur am Ende hinsehen) und CUPED (zu viel Streuung); von den schiefen Daten die Verhältniskennzahlen, dann die Interferenz zwischen Standorten und zuletzt der einzelne Standort mit synthetischer Kontrolle.

Zwei Gegenstücke stellen die Zuteilung selbst in Frage: der Bandit verschiebt die Fenster nach den bisherigen Ergebnissen und verliert weniger, aber der naive Test gilt dann nicht mehr; die Off-Policy-Evaluation (Doppelrahmen) führt zusammen, was Gewichtung (Bandit) und Modell (CUPED als Regressionsanpassung) leisten, um eine nie gefahrene Regel aus Logdaten zu bewerten.

Die Kästen sind klickbar und öffnen die jeweilige Demo direkt.

  • behebt eine Schwäche des Vorgängers oder baut darauf auf
  • Gegenstück: derselbe Zweck, andere Bauweise (kein Fix)
  • übernimmt nur eine Idee
  • Zusammenfluss mehrerer Stränge
  • Baustein aus einer anderen Linie

Gestrichelte graue Knoten gehören zu anderen Linien: gemeinsame Zufallszahlen (Warteschlangentheorie), der Bandit (Reinforcement Learning) und Prognoseintervalle (Zeitreihen-Prognose).

Verwandt in anderen Linien

  • Reinforcement Learning — Der Bandit dort ist das Fundament von Bandit statt A/B-Test hier: dieselbe Thompson-Zuteilung, aber auf Standort-Fenstern und mit der Frage, was die Auswertung danach noch gilt. Und das „off-policy“ der Auswertung aus Logdaten meint etwas anderes als im Q-Learning dort: nicht, mit welcher Regel gelernt wird, sondern wie sich der Wert einer nie gefahrenen Regel aus Logdaten schätzen lässt.
  • Zeitreihen-Prognose — Die Prognoseintervalle dort fragen, ob ein Intervall hält, was es verspricht (Abdeckung). Die synthetische Kontrolle hier stellt dieselbe Frage für das Gegenfaktische: ihr Placebo-Rangtest zählt, wie oft eine Kontrolle einen so großen Effekt zeigt, und der kleinste mögliche p-Wert ist 1/(J+1). Die Verwandtschaft zur konformen Kalibrierung dort ist eine Deutung, keine Messung.
  • Warteschlangentheorie und Simulation — Die Output Analysis dort misst die Varianzersparnis durch gemeinsame Zufallszahlen beim Vergleich zweier Systeme; CUPED hier ist die verwandte Varianzreduktion mit einer Vorab-Kovariate statt gekoppelter Läufe, und sie braucht dauerhaft verschiedene Standorte, sonst bringt sie nichts.
  • Ranking — Rangintervalle und Shrinkage zeigt dieselbe Überschätzung der Besten: Dort wird nicht die Teststatistik korrigiert, sondern die Schätzung per Shrinkage, und die Rangfolge bleibt fast gleich.
  • Kausale Diagramme und Adjustierung — Hier teilt eine Münze den Faktor zu; in der Konfundierung der Linie Kausale Diagramme und Adjustierung hat ein Disponent nach der Nachfrageschwankung zugeteilt, und der naive Vergleich läuft gegen −1,01 Punkte statt gegen die wahre Wirkung +3,5. Die Schätz-Stücke dort gewichten mit geschätzter statt bekannter Zuteilung, wie es die Off-Policy-Evaluation hier mit bekannter tut.
  • Spektral- und Wavelet-Analyse — Der höchste Gipfel eines Spektrums ist ein Mehrfachtest über alle Frequenzen: Die Demo Peak oder Rauschen zeigt, wie oft er bei reinem Rauschen täuscht und welche Schwelle das korrigiert.
  • Mittelwerte und Lagemaße — Der Permutationstest nutzt das Winsorisieren als Vorbehandlung eines Tests. Die Trimm-und-Huber-Demo der Linie Mittelwerte und Lagemaße misst Trimmen, Winsorisieren und Huber als Schätzer der Lage und zeigt, dass Winsorisieren bei zweiseitigen Ausfällen schlechter als das Mittel sein kann.
  • Korrelation — Die Korrelationsmatrix der Linie Korrelation stellt die Frage des Mehrfachtests für die vielen Paare einer Matrix: Bei reinem Rauschen, 50 Kennzahlen und 30 Wochen wirkt in der Demo in jedem gezogenen Datensatz mindestens ein Paar „signifikant“.
DIE WURZEL

🧪 A/B-Test: ist der Unterschied echt?

Sehen Sie, wie ein Welch-Test zwei Bestandsregeln über viele Standort-Fenster vergleicht und per Intervall angibt, wie sicher der Unterschied ist. Das Intervall hält, was es verspricht: Es deckt die bekannte Wahrheit in 94 bis 96 % der Experimente. Der Haken: Mit 10 Fenstern je Arm (Faktor 1,2) sieht der Test den echten Vorteil nur in 12,6 % der Experimente, und die Funde fallen zu groß aus.

Verständlich erklärt: erst für Einsteiger, dann für Fachleute

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WIE VIELE FENSTER?

🔢 Teststärke und Stichprobenumfang

Sehen Sie, wie viele Fenster je Arm ein Test braucht, damit ein echter Vorteil mit 80 % Wahrscheinlichkeit gefunden wird, und wie gut sich das aus einem kleinen Pilot planen lässt. Der Haken: Ein Pilot von 10 Fenstern je Arm lässt die geplante Zahl von 8 bis 231 streuen, und wer erst nach einem signifikanten Pilot plant, erreicht im Mittel nur 39 % Teststärke.

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STIMMT DIE ZUTEILUNG?

⚖️ A/A-Test und Sample-Ratio-Mismatch

Sehen Sie, wie ein Test auf das Zuteilungsverhältnis und ein A/A-Test Fehler im Datenstrom aufdecken, bevor der eigentliche Vergleich beginnt. Der Haken: Fehlen die schlechtesten Fenster von B (5 %), meldet der Effekttest ohne jede Wirkung in 26,8 % der Experimente einen Unterschied, der Zuteilungstest nur in 7,2 %: Er ist ein grober Rauchmelder, kein Beweis.

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DARF MAN HINSEHEN?

👀 Zwischenblicke im Experiment

Sehen Sie, was passiert, wenn man in ein laufendes Experiment immer wieder hineinschaut und bei „signifikant“ stoppt: Schon bei 5 Blicken schlägt der Test ohne Wirkung in 14,2 % der Experimente an, deutlich über der versprochenen Quote. Pocock, O'Brien-Fleming und mSPRT halten sie ein. Der Haken: Wer früh stoppt, überschätzt die Wirkung auch mit gültigen Regeln, bei kleinem Effekt liegt die Schätzung bei O'Brien-Fleming beim 1,22-Fachen der Wahrheit.

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VIELE VARIANTEN

🎯 Mehrfachtests und Gewinnerfluch

Sehen Sie, warum der Gewinner unter vielen Varianten besser aussieht, als er ist: Wer zwanzig wirkungslose Varianten prüft, findet oft mindestens einen Fehlalarm, und Bonferroni, Holm und Benjamini-Hochberg bremsen das. Der Haken: Die Korrektur kostet echte Treffer, zwei echte Varianten findet Bonferroni nur in 45,1 % der Fälle statt in 85,6 % ohne Korrektur, und die beste von zehn gleich guten Varianten misst das 1,6-Fache der Wahrheit.

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WENIGER STREUUNG

📉 Varianzreduktion mit CUPED

Sehen Sie, wie Vorab-Wissen über den Standort die Streuung der Wirkungsschätzung senkt: bei sehr verschiedenen Standorten steigt die Teststärke von 28,0 % auf 33,9 %. Der Haken: Eine Kovariate, die erst nach der Zuteilung gemessen wird, nimmt Wirkung mit (41 % gehen verloren), und der A/A-Test merkt es nicht (Fehlalarm 5,0 %).

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SCHIEF UND AUSREISSER

🎲 Permutationstest und Co.

Sehen Sie, wie Welch-Test, Permutationstest, Rangtest, Bootstrap und Winsorisieren damit umgehen, dass einzelne Fenster weit einbrechen: Der Rangtest vergleicht die Reihenfolge statt der Mittelwerte und lässt sich von Ausreißern weniger stören, beantwortet aber eine andere Frage. Der Haken: Bei 5 % gestörten Fenstern fällt die Teststärke des Welch-Tests auf 25,4 %, der Rangtest (Mann-Whitney) hält 77,9 %, und mehr Daten helfen dem Welch-Test nicht.

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WER IST DIE EINHEIT?

➗ Verhältniskennzahlen und Cluster

Sehen Sie, dass derselbe Servicegrad je nach Definition einen anderen Effekt zeigt (Quote der Summen 3,49, Tagesmittel 2,41 Punkte) und was geschieht, wenn Tage als unabhängige Einheiten zählen. Der Haken: Ohne Wirkung meldet die naive Auswertung in 13,7 % der Experimente (bei dauerhaft verschiedenen Standorten 26,9 %) einen Unterschied, und mehr Standorte oder Wochen ändern daran nichts.

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WENIGER VERLUST

🎰 Bandit statt A/B-Test

Sehen Sie, wie ein Bandit die Fenster zunehmend auf die Regel schiebt, die bisher besser aussieht, und so weniger verliert als eine gleichverteilte Zuteilung. Der Haken: Die Schätzung fällt zu hoch aus, und bei einem gemeinsamen Trend von 3 Punkten meldet der einfache Test über alle Fenster ohne echten Unterschied in 46,4 % der Experimente einen Befund; ein gleichverteilter Anteil mit Gewichtung repariert das.

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STANDORTE BEEINFLUSSEN SICH

🔀 Interferenz und Switchback

Sehen Sie, wie Kunden, die zum Nachbarn ausweichen, den Vergleich zwischen Standorten verzerren, und was Cluster und Switchback daran ändern. Der Haken: Bei 30 % Ausweichen unterschätzt der Vergleich im Nachbarpaar die Wirkung um 17 %; der Switchback verliert ohne weggelassene Tage 19 % (14-Tage-Blöcke), und bei Blöcken von Vielfachen von 7 Tagen fallen immer dieselben Wochentage weg.

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NUR EIN STANDORT

🧮 Differenz-von-Differenzen und synthetische Kontrolle

Sehen Sie, wie Vorher-Nachher, DiD und synthetische Kontrolle die Wirkung eines einzelnen umgestellten Standorts schätzen: bei gemeinsamem Trend −4,81 gegen −0,06 Punkte Verzerrung. Der Haken: Bei eigenem Trend des behandelten Standorts liegen DiD (−4,82) und synthetische Kontrolle (−7,82) daneben, und cluster-robuste Standardfehler melden ohne Wirkung in 53 % der Welten einen Unterschied.

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NIE GEFAHREN

📒 Off-Policy-Evaluation aus Logdaten

Sehen Sie, wie sich der Wert einer nie gefahrenen Bestandsregel aus Aufzeichnungen der alten schätzen lässt: durch Gewichten passender Zeilen, durch ein Modell oder beides. Der Haken: Die Gewichtung ist nur im Mittel richtig, im Einzelfall liegt sie typischerweise um 4,0 Punkte (RMSE bei ρ = 0,2) daneben, obwohl die neue Regel nur 0,54 Punkte besser ist; ein falsches Modell verzerrt, mehrstufig fehlen bald passende Daten.

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Welches Stück passt zu meiner Frage?

Ein Entscheidungsbaum über alle zwölf Stücke: er fragt danach, wo das Experiment steht und was an den Daten oder der Zuteilung nicht stimmt, nicht nach dem Verfahren.

Seitlich verschieben oder die Gesamtansicht wählen.
Wo steht mein Experiment? Was will ich vorher klären? VOR DEM EXPERIMENT Was stimmt an den Daten nicht? DIE DATEN SIND DA Wie wurde zugeteilt? KEINE ZUFALLS- ZUTEILUNG ODER NACHBARN BEEINFLUSSEN SICH A/B-Test Welch-Test und Intervall IST DER UNTERSCHIED ECHT? Teststärke wie viele Fenster WIE LANGE MESSEN? CUPED Streuung senken ZU VIEL STREUUNG ZWISCHEN STANDORTEN Zwischenblicke Pocock, O'Brien-Fleming, mSPRT ICH WILL ZWISCHENDURCH SEHEN Bandit statt A/B-Test weniger Verlust, andere Auswertung WÄHREND DES TESTS WENIG VERLIEREN A/A-Test und SRM stimmt die Zuteilung? ZUTEILUNG PRÜFEN Permutationstest und Co. schiefe Daten, Ausreißer SCHIEF ODER AUSREISSER Mehrfachtests Holm, Benjamini-Hochberg, Gewinnerfluch VIELE KENNZAHLEN ODER VARIANTEN Verhältniskennzahlen Delta-Methode, Cluster VERHÄLTNIS AUS TAGESWERTEN Interferenz und Switchback Cluster oder Zeitblöcke STANDORTE BEEINFLUSSEN SICH DiD und synthetische Kontrolle ein Standort, wenige Kontrollen NUR EIN STANDORT UMGESTELLT Off-Policy-Evaluation nur Logdaten der alten Regel REGEL NIE GEFAHREN, NUR LOGDATEN

Beige Kästen sind Fragen (nicht klickbar), weiße Kästen sind Ergebnisse (klickbar, sie öffnen die jeweilige Demo). Alle zwölf Antworten sind durch die Messreihen der Demos belegt (siehe jede README): wo ein Verfahren hält, was es verspricht, und wo es versagt.

Weitere Konzepte · Maschinelles Lernen

Weitere Linien in diesem Bereich

Clustering

Punkte ohne Vorgaben gruppieren: von k-Means über DBSCAN, Gaussian Mixtures und Spectral Clustering bis HDBSCAN, mit Entscheidungsbäumen für die Wahl.

Dimensionsreduktion

Zwölf Kennzahlen auf zwei Achsen: PCA, Isomap, LLE, t-SNE, UMAP, PaCMAP und Autoencoder, jedes mit gemessenen Stärken und Schwächen.

Anomalie-Erkennung

Was fällt aus dem Rahmen? Neun Verfahren von der robusten Ellipse bis zum Autoencoder, jedes mit seiner gemessenen Schwäche.

Korrelation

Wann sagt eine Korrelation, was sie zu sagen scheint, und wann täuscht sie? Elf Stücke von Pearson bis Kointegration.

Baumbasierte Verfahren

Ein Baum wird zum Wald, dann zum Ensemble, das seine eigenen Fehler nachbessert: neun Verfahren von CART bis CatBoost, die erste Linie dieses Portfolios mit überwachtem Lernen.

Graph Neural Networks

Was sieht ein Kunde von seinem Netz? Sechs Verfahren, die auf Graphen lernen, vom Mittel über die Nachbarn bis zur Aufmerksamkeit über das ganze Netz.

Zeitreihen-Prognose

Wie prognostiziert man die Tagesaufträge eines Depots, und wie sicher ist die Prognose? Elf Verfahren von der naiven Messlatte bis zum vortrainierten Netz, mit ehrlichen Negativbefunden.

Neuronale Netze

Wo hört eine Gerade auf zu reichen, und was kommt danach? Sechs Architekturen vom einfachsten Klassifikator bis zum Aufmerksamkeitsmechanismus, an eigenen numpy-Implementierungen von Hand nachgerechnet.

Reinforcement Learning

Ein Lagerroboter lernt ohne Vorgabe der richtigen Antwort: acht Verfahren, jedes mit seinem gemessenen Befund, vom einfachsten Banditen bis zum gelernten Kritiker.

Kausale Diagramme und Adjustierung

Eine Simulation mit bekannter Wahrheit, siebzehn Stücke: von der Konfundierung über Diagramm, Adjustierung, Schätzen, Frontdoor und Instrumente bis zum gelernten Diagramm, dem Fehler im Diagramm und dem Vergleich der Strategien.