1973 年秋季,加州大学伯克利分校研究生院的汇总数据里,男性申请者录取率约 44%,女性约 35%。Bickel 等人 1975 年在《科学》撰文指出:逐系查看,多数系并无显著性别偏向;按系合并计算,女性反而略占优势。汇总差距主要来自女性更多申请难进的系,这是辛普森悖论的经典实例。

1959 年 2 月 22 日从伯克利山俯瞰:画面中部和右侧是加州大学伯克利分校校园,萨瑟塔(Campanile)清晰可见,远处是旧金山湾、海湾大桥东段与旧金山市区。摄影:Roger W(Flickr 用户 roger4336);来源:Flickr;许可:CC BY-SA 2.0。
1973 年秋季的汇总数据
这项分析起于伯克利内部。论文三位作者分别是统计学教授 P. J. Bickel、人类学教授兼研究生院副院长 E. A. Hammel,以及研究生院数据处理人员 J. W. O'Connell,论文注明调查由 Hammel 发起。1973 年秋季学期的招生周期里,研究生院共收到约 15,000 份申请,扣除撤回或改期的,有 12,763 份资料完整、做出了录取或拒绝决定,涉及 101 个系和跨系项目。
把这些申请直接汇总(论文称为“方法 A”),男性 8442 人中录取 3738 人,约 44%;女性 4321 人中录取 1494 人,约 35%。按“录取与性别无关”的假设计算期望频数,女性比预期少录 277 人,卡方值 110.8,偶然出现的概率几乎为零。作者在注释中写道,仅凭这张表,联邦监管机构就可能认为有理由扣留大笔科研经费。论文开篇也说明,他们有意先按这种“天真”的方式走一遍,好把途中的每个陷阱都展示出来。
逐系分层与申请去向
录取决定主要由各系教师做出,作者于是转向逐系检验。101 个系中有 16 个没有女性申请者,或者没有拒绝任何人,其余 85 个系进入分析。在 5% 显著性水平上,只有 4 个系显示出对女性不利的偏差,合计少录 26 名女性;方向相反的却有 6 个系,合计少录 64 名男性。全校汇总出的 277 人缺口,在系一级几乎找不到对应的“责任方”。
论文只给出全校汇总表和一张各系散点图,没有公开系名。R 语言自带的 UCBAdmissions 数据集整理了其中申请人数最多的六个系(以 A–F 代称,共 4526 份申请),常被用来演示这一现象。在这六个系里,女性在 A、B、D、F 四个系的录取率高于男性,在 C、E 两个系略低;六系合计时,男性录取率却是 44.5%(2691 人中 1198 人),女性只有 30.4%(1835 人中 557 人)。
| 系 | 全系录取率 | 男性申请 | 男性录取率 | 女性申请 | 女性录取率 |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 64.4% | 825 | 62.1% | 108 | 82.4% |
| B | 63.2% | 560 | 63.0% | 25 | 68.0% |
| C | 35.1% | 325 | 36.9% | 593 | 34.1% |
| D | 34.0% | 417 | 33.1% | 375 | 34.9% |
| E | 25.2% | 191 | 27.7% | 393 | 23.9% |
| F | 6.4% | 373 | 5.9% | 341 | 7.0% |
| 六系合计 | 38.8% | 2691 | 44.5% | 1835 | 30.4% |
数据:R datasets 包 UCBAdmissions(1973 年伯克利申请人数最多的六个系),录取率按原始计数计算。
关键在申请去向。A、B 两系录取率都在六成以上,男性申请有 51.5% 投向这两个系(2691 人中 1385 人),女性只有 7.2%(1835 人中 133 人);其余九成以上的女性申请集中在录取率从约 35% 一路降到约 6% 的 C–F 四系。论文在全部 85 个系上看到同样的规律:女性申请者占比越高的系,往往越难进,申请人多的大系尤其明显。作者用渔网打比方:网上有大小两种网眼,母鱼都去钻小网眼,公鱼都去钻大网眼,游到网另一侧的便全是公鱼。网并没有挑性别,差别出在鱼选了哪种网眼。

AI 生成示意图:蓝色代表男性申请者,橙色代表女性申请者。男性多走宽通道(易进的系),女性多挤窄通道(难进的系);即使每条通道对男女按相同比例放行,合并后通过者仍以男性居多。画面不对应具体数值,实际数字见上文六系数据表。
加权平均与标准化
从数学上看,这并不神秘。某一性别的总体录取率,是它在各系录取率的加权平均,权重是该性别投向各系的申请占比:总体录取率 P = Σ w_d × p_d,其中 w_d 为投向系 d 的申请占比,p_d 为在系 d 的录取率。比较男女时,两边的 p_d 可能逐系接近,甚至女性更高;但两边的 w_d 截然不同。女性的权重压在 p_d 小的系上,加权平均就被拉低。分组内的大小关系,合并后并不保证继续成立。
要把“申请去向”和“系内录取标准”两个因素拆开,可以做一次直接标准化:固定同一套申请分布,只换录取率。按 UCBAdmissions 六系数据计算,若女性按男性的申请分布投递、各系保持女性自己的录取率,合计约为 51.6%,高于男性实际的 44.5%;反过来,若男性按女性的申请分布投递、保持男性各系录取率,合计约为 30.2%,与女性实际的 30.4% 几乎相同。在这六个系里,汇总差距几乎全部来自申请去向。
Bickel 等人在全校层面用的是同一思路:先算出每个系不分性别的录取率,乘以该系女性申请人数,再对各系求和,得到女性期望录取 1432.9 人,而实际录取 1493.0 人,多出 60.1 人(χ²=8.55,P=0.003)。这一检验即 Cochran 与 Mantel–Haenszel 提出的分层合并方法。论文还用两个虚构的系说明机制:“machismatics”系收到男 400、女 200 份申请,各录取一半;“social warfare”系收到男 150、女 450 份,各录取三分之一。两系都对男女一视同仁,合并后却显示女性比预期少录约 21 人。作者同时提醒反方向的陷阱:分层合并后总偏差接近零,也可能只是部分系偏向男性、部分系偏向女性,彼此抵消。
因果结构与现实意义
这一现象以英国统计学家 E. H. Simpson 命名,他 1951 年在《皇家统计学会杂志》B 辑发表了相关论文;Pearson 等人(1899)和 Yule(1903)更早注意到类似现象,不过他们描述的是合并后关联消失,而非方向逆转。“辛普森悖论”这个名称由 Blyth 在 1972 年提出,Bickel 等人引用的正是 Blyth。Pearl 在 2014 年的评论中指出,逆转本身只是算术事实,真正的难点是判断该相信分组结果还是合并结果,而这取决于数据背后的因果结构,单看数据无法决定。
放回伯克利的案例:如果问题是“同一系内招生委员会是否区别对待男女”,系就是应当分层的变量,分层结果回答的正是这个问题。但选哪个系本身受性别影响,系处在性别与录取之间。分层只能说明“系内是否公平”,不能说明“女性整体是否获得同等机会”。Bickel 等人也没有止步于宣布招生公平:他们发现越容易进的系往往要求越多本科数学(83 个有对应本科专业的项目中,相关系数 r=0.38),并认为差距源于更早阶段的教育筛选,把女性引向更拥挤、经费更少、就业前景更差的领域。
论文的结论同样有前提。作者假设同一学科内男女申请者资质相当,并承认没有用 GRE 成绩、本科绩点等去检验;如果某系女性申请者整体更强或更弱,系内录取率的比较也会被这一因素混杂。对今天的数据分析者,这个案例提供了两项朴素的检查:看到汇总比率差异时,先问各组成员在某个维度上的分布是否不同,而这个维度本身又影响结果;决定分层还是合并之前,先理清变量之间谁影响谁,再明确要回答的问题。