MA1420 · DATA SAINS · SESI 05

Statistik Inferensi II:
Uji Hipotesis

Metode belajar baru diklaim meningkatkan nilai mahasiswa. Obat baru disebut lebih efektif dari yang lama. Bagaimana kita tahu apakah klaim itu benar — bukan hanya kebetulan? Jawabannya adalah uji hipotesis.

1. Konsep Dasar Uji Hipotesis

Uji hipotesis adalah prosedur statistik untuk memutuskan apakah bukti dari data cukup kuat untuk menolak suatu klaim awal.

💡 ILUSTRASI — SIDANG PENGADILAN

Dalam pengadilan Indonesia, tersangka dianggap tidak bersalah sampai terbukti bersalah. Hakim tidak membuktikan "tidak bersalah" — sebaliknya, jaksa harus mengumpulkan bukti yang cukup kuat untuk menolak anggapan tidak bersalah itu.

Uji hipotesis bekerja persis sama:
H₀ (null hypothesis) = tersangka tidak bersalah (anggapan awal)
H₁ (alternative hypothesis) = tersangka bersalah (klaim yang ingin dibuktikan)
p-value = kekuatan bukti yang ditemukan
Tolak H₀ = hakim memutus bersalah berdasarkan bukti cukup kuat

H₀
Hipotesis Nol (Null Hypothesis)
Pernyataan status quo — tidak ada efek, tidak ada perbedaan, tidak ada hubungan. Selalu mengandung tanda "=" (=, ≤, ≥).
Contoh: μ = 75 (rata-rata tidak berubah)
H₁
Hipotesis Alternatif
Pernyataan yang ingin dibuktikan — ada efek, ada perbedaan, ada hubungan. Selalu mengandung ≠, <, atau >.
Contoh: μ ≠ 75 (rata-rata berbeda)

Significance Level (α) dan p-value

IstilahDefinisiNilai Umum
α (alpha) Batas toleransi kesalahan — probabilitas maksimum kita bersedia salah menolak H₀ padahal H₀ benar 0.05 (5%) paling umum; 0.01 atau 0.10
p-value Probabilitas mendapatkan hasil setidaknya sepukul ini (atau lebih ekstrem) jika H₀ benar Dihitung dari data; dibandingkan dengan α
Keputusan Jika p-value ≤ α → Tolak H₀ (ada bukti signifikan). Jika p-value > α → Gagal menolak H₀
SKALA p-VALUE — CARA MEMBACANYA
‹0.01
0.01-0.05
0.05-0.10
0.10-1.00
00.010.050.101.0
p < 0.01 → Bukti sangat kuat menolak H₀ (sangat signifikan)
0.01 ≤ p < 0.05 → Bukti kuat menolak H₀ (signifikan, α=5%)
0.05 ≤ p < 0.10 → Bukti lemah (tidak signifikan pada α=5%)
p ≥ 0.10 → Tidak ada bukti yang cukup menolak H₀

2. Langkah-Langkah Pengujian Hipotesis

1

Rumuskan H₀ dan H₁

Tentukan apa yang diasumsikan (H₀) dan apa yang ingin dibuktikan (H₁). Ini harus dilakukan SEBELUM melihat data.

2

Tentukan Significance Level (α)

Biasanya α = 0.05 (5%). Tentukan juga jenis uji: dua arah (≠), kiri (<), atau kanan (>).

3

Pilih Uji Statistik yang Tepat

Uji-z (n besar, σ diketahui), Uji-t (n kecil, σ tidak diketahui), Chi-Square (data kategorikal), dll.

4

Hitung Statistik Uji dan p-value

Gunakan data sampel untuk menghitung nilai statistik uji (z atau t), kemudian cari p-value-nya.

5

Bandingkan p-value dengan α, Ambil Keputusan

p ≤ α → Tolak H₀. p > α → Gagal menolak H₀. JANGAN katakan "H₀ terbukti benar".

6

Interpretasikan dalam Konteks

Terjemahkan hasil statistik ke dalam bahasa yang bermakna bagi masalah aslinya.

3. Uji Z dan Uji t

💡 ILUSTRASI — MEMILIH TIMBANGAN

Uji Z = Timbangan industri presisi tinggi — cocok jika Anda sudah tahu karakteristik produk secara pasti (σ diketahui) dan jumlah sampelnya besar (n ≥ 30).

Uji t = Timbangan dapur rumahan — lebih fleksibel, digunakan saat σ tidak diketahui (yang paling umum di dunia nyata) atau sampel kecil (n < 30). Ini yang paling sering kita pakai!

Jenis UjiKapan DigunakanStatistik UjiContoh Kasus
Uji Z satu sampel σ diketahui, n ≥ 30 z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) Apakah rata-rata berat produk pabrik = 500g?
Uji t satu sampel σ tidak diketahui, n berapa saja t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) Apakah rata-rata nilai kelas = 75?
Uji t dua sampel independen Bandingkan dua kelompok berbeda t = (x̄₁−x̄₂)/SE Apakah nilai kelas A ≠ kelas B?
Paired t-test Data berpasangan (sebelum-sesudah) t = d̄/(s_d/√n) Apakah pelatihan meningkatkan nilai?

Contoh Lengkap: Uji t Satu Sampel

📝 SOAL

Dosen mengklaim rata-rata nilai UAS mata kuliah Statistika di ISTN adalah 75. Sampel 25 mahasiswa diambil, didapat x̄ = 78.4 dan s = 8.5. Dengan α = 0.05, apakah ada bukti bahwa rata-rata populasi ≠ 75?

1

Rumuskan Hipotesis

H₀: μ = 75 (rata-rata = 75, tidak ada perbedaan)
H₁: μ ≠ 75 (rata-rata berbeda dari 75) → Uji DUA ARAH

2

α = 0.05, uji dua arah → nilai kritis t dengan df = n−1 = 24

t_kritis = ±2.064 (dari tabel-t, df=24, α/2=0.025)

3

Hitung Statistik Uji t

t = (x̄ − μ₀) / (s/√n) = (78.4 − 75) / (8.5/√25) = 3.4 / 1.7 = 2.00

4

Bandingkan: |t_hitung| vs t_kritis

|2.00| < 2.064 → GAGAL menolak H₀
(atau hitung p-value ≈ 0.057 > 0.05 → kesimpulan sama)

5

Interpretasi

Pada α = 0.05, tidak ada bukti statistik yang cukup bahwa rata-rata nilai UAS berbeda dari 75. Klaim dosen tidak dapat ditolak dengan data ini.

4. Uji Berpasangan (Paired t-test)

Paired t-test digunakan ketika setiap observasi di kelompok pertama berpasangan langsung dengan satu observasi di kelompok kedua — paling umum untuk desain sebelum-sesudah.

💡 ILUSTRASI — DIET PROGRAM

Anda ingin tahu apakah program diet 1 bulan efektif menurunkan berat badan. Anda timbang 10 orang sebelum dan sesudah program.

Ini bukan dua kelompok berbeda (independen) — ini orang yang sama diukur dua kali. Kita fokus pada selisih (d = sesudah − sebelum) untuk setiap orang, lalu uji apakah rata-rata selisih berbeda dari nol.

📐 RUMUS PAIRED t-TEST

d_i = x_sesudah_i − x_sebelum_i
t = d̄ / (s_d / √n)

d̄ = rata-rata selisih; s_d = std deviasi selisih; n = jumlah pasangan

H₀: d̄ = 0 (tidak ada perubahan); H₁: d̄ ≠ 0 (ada perubahan)

5. Error Tipe I, Tipe II, dan Power of Test

Dalam pengambilan keputusan berbasis data, ada dua jenis kesalahan yang bisa terjadi.

💡 ILUSTRASI — TES MEDIS DIAGNOSA PENYAKIT

Error Tipe I (False Positive): Tes mengatakan pasien sakit padahal sebenarnya sehat. Pasien panik, menjalani perawatan yang tidak perlu → "alarm palsu".

Error Tipe II (False Negative): Tes mengatakan pasien sehat padahal sebenarnya sakit. Penyakit tidak terdeteksi → jauh lebih berbahaya!

H₀ Benar (tidak ada efek)
H₀ Salah (ada efek)
Tolak H₀
⚠️ Error Tipe I (α)
False Positive — menyimpulkan ada efek padahal tidak
Keputusan Benar
Power = 1 − β
Gagal Tolak H₀
Keputusan Benar
⚠️ Error Tipe II (β)
False Negative — gagal mendeteksi efek yang nyata
Jenis ErrorNotasiDeskripsiCara Mengurangi
Tipe I α (alpha) Tolak H₀ padahal H₀ benar — "alarm palsu" Kecilkan α (misal dari 0.05 → 0.01)
Tipe II β (beta) Gagal tolak H₀ padahal H₁ benar — "melewatkan efek nyata" Perbesar n (ukuran sampel)
Power of Test 1 − β Probabilitas benar mendeteksi efek yang ada Power ≥ 0.80 dianggap cukup baik
⚠️ TRADE-OFF PENTING

Mengurangi α (Tipe I) akan meningkatkan β (Tipe II) — dan sebaliknya. Tidak bisa mengurangi keduanya sekaligus tanpa menambah ukuran sampel.

Seperti jaring ikan: jaring kecil (α ketat) — banyak ikan besar yang lolos (β tinggi). Jaring lebih besar (n besar) — bisa tangkap lebih banyak tanpa melepas yang tidak perlu.

6. Uji Chi-Square untuk Data Kategorikal

Uji Chi-Square (χ²) digunakan untuk menguji apakah ada hubungan antara dua variabel kategorikal, atau apakah distribusi data sesuai dengan yang diharapkan.

💡 ILUSTRASI — PILIHAN WARNA PRODUK

Apakah preferensi warna smartphone (merah/biru/hitam) berbeda antara mahasiswa laki-laki dan perempuan? Atau apakah distribusinya sama?

Kita tidak bisa pakai uji-t karena datanya kategorikal (bukan angka). Di sinilah Chi-Square bekerja — membandingkan frekuensi yang terobservasi dengan frekuensi yang diharapkan jika tidak ada hubungan.

CONTOH TABEL KONTINGENSI — PILIHAN JURUSAN vs JENIS KELAMIN
MatematikaStatistikaInformatikaTotal
Laki-laki302050100
Perempuan403030100
Total705080200
📐 RUMUS CHI-SQUARE

χ² = Σ [(O_ij − E_ij)² / E_ij]

O = frekuensi terobservasi; E = frekuensi diharapkan = (total baris × total kolom) / grand total

df = (jumlah baris − 1) × (jumlah kolom − 1)

H₀: Tidak ada hubungan antara kedua variabel (independen)
H₁: Ada hubungan antara kedua variabel

7. Kesalahan Umum dalam Interpretasi p-value

p-value adalah konsep yang paling sering disalahpahami dalam statistika. Bahkan jurnal ilmiah ternama pun sering salah mendeskripsikannya.

"p = 0.03 berarti ada probabilitas 97% H₁ benar"
p-value adalah probabilitas mendapat data seperti ini jika H₀ benar — bukan probabilitas H₀ atau H₁ itu sendiri.
"p > 0.05 berarti H₀ terbukti benar / tidak ada efek"
p > 0.05 hanya berarti "tidak cukup bukti untuk menolak H₀". H₀ tidak pernah "terbukti" — kita hanya "gagal menolaknya".
"p < 0.05 berarti efeknya besar / penting secara praktis"
Signifikansi statistik ≠ signifikansi praktis. Dengan n sangat besar, perbedaan kecil sekali pun bisa p < 0.05 meski tidak bermakna dalam kehidupan nyata.
"p = 0.049 jauh berbeda dari p = 0.051"
α = 0.05 adalah ambang batas kesepakatan, bukan hukum alam. Kedua p-value tersebut menunjukkan kekuatan bukti yang hampir identik.
💡 KALIMAT YANG BENAR UNTUK p < 0.05

Benar: "Pada tingkat signifikansi 5%, terdapat bukti statistik yang cukup untuk menolak hipotesis bahwa rata-rata nilai sama dengan 75 (t = 2.34, p = 0.028)."

Selalu sebutkan: nilai statistik uji (t/z/χ²), df, p-value, dan α yang digunakan!

8. Praktik: Uji Hipotesis dengan Python

8.1 Uji t Satu Sampel

PYTHON · ONE-SAMPLE t-TEST
import numpy as np
from scipy import stats

# Nilai UAS 25 mahasiswa
np.random.seed(7)
nilai = np.random.normal(78.4, 8.5, 25)

mu_0 = 75   # nilai yang diklaim dosen
alpha = 0.05

# Uji t satu sampel (dua arah)
t_stat, p_value = stats.ttest_1samp(nilai, popmean=mu_0)

print("═══ UJI t SATU SAMPEL ═══")
print(f"H₀: μ = {mu_0}   |   H₁: μ ≠ {mu_0}")
print(f"Mean Sampel      : {nilai.mean():.2f}")
print(f"t-statistik      : {t_stat:.4f}")
print(f"p-value (2 arah) : {p_value:.4f}")
print(f"α                : {alpha}")
print("-" * 35)
if p_value <= alpha:
    print(f"Keputusan: TOLAK H₀ (p={p_value:.4f} ≤ α={alpha})")
    print("Ada bukti rata-rata berbeda dari 75.")
else:
    print(f"Keputusan: GAGAL TOLAK H₀ (p={p_value:.4f} > α={alpha})")
    print("Tidak cukup bukti rata-rata berbeda dari 75.")
📤 OUTPUT
═══ UJI t SATU SAMPEL ═══
H₀: μ = 75   |   H₁: μ ≠ 75
Mean Sampel      : 78.92
t-statistik      : 2.1847
p-value (2 arah) : 0.0387
α                : 0.05
-----------------------------------
Keputusan: TOLAK H₀ (p=0.0387 ≤ α=0.05)
Ada bukti rata-rata berbeda dari 75.

8.2 Uji t Dua Sampel Independen

PYTHON · INDEPENDENT SAMPLES t-TEST
# Apakah nilai kelas A dan kelas B berbeda signifikan?
np.random.seed(42)
kelas_a = np.random.normal(78, 9, 30)
kelas_b = np.random.normal(82, 10, 30)

t_stat, p_value = stats.ttest_ind(kelas_a, kelas_b)

print("═══ UJI t DUA SAMPEL INDEPENDEN ═══")
print(f"Mean Kelas A : {kelas_a.mean():.2f}")
print(f"Mean Kelas B : {kelas_b.mean():.2f}")
print(f"t-statistik  : {t_stat:.4f}")
print(f"p-value      : {p_value:.4f}")
if p_value <= 0.05:
    print("→ TOLAK H₀: Ada perbedaan signifikan antara kelas A dan B")
else:
    print("→ GAGAL TOLAK H₀: Tidak ada perbedaan signifikan")

8.3 Paired t-test dan Chi-Square

PYTHON · PAIRED t-TEST & CHI-SQUARE
# ── PAIRED t-TEST: apakah pelatihan meningkatkan nilai? ──
sebelum = np.array([65,70,68,72,60,75,63,69,71,66])
sesudah  = np.array([72,78,74,76,68,80,70,75,79,73])

t_p, p_p = stats.ttest_rel(sesudah, sebelum)
selisih  = sesudah - sebelum

print("═══ PAIRED t-TEST (Sebelum-Sesudah Pelatihan) ═══")
print(f"Rata-rata Sebelum : {sebelum.mean():.1f}")
print(f"Rata-rata Sesudah : {sesudah.mean():.1f}")
print(f"Rata-rata Selisih : +{selisih.mean():.1f}")
print(f"t-statistik       : {t_p:.4f}")
print(f"p-value           : {p_p:.6f}")
print("→ TOLAK H₀: Pelatihan TERBUKTI meningkatkan nilai (p << 0.05)" if p_p < 0.05 else "→ Tidak signifikan")

# ── CHI-SQUARE: hubungan jurusan vs jenis kelamin? ──
from scipy.stats import chi2_contingency
tabel = np.array([[30, 20, 50],   # Laki-laki
                   [40, 30, 30]])  # Perempuan

chi2, p_chi, dof, expected = chi2_contingency(tabel)
print("\n═══ UJI CHI-SQUARE ═══")
print(f"χ² statistik : {chi2:.4f}")
print(f"Derajat bebas: {dof}")
print(f"p-value      : {p_chi:.4f}")
if p_chi < 0.05:
    print("→ TOLAK H₀: Ada hubungan signifikan antara jurusan dan jenis kelamin")
else:
    print("→ GAGAL TOLAK H₀: Tidak ada hubungan signifikan")
📤 OUTPUT
═══ PAIRED t-TEST (Sebelum-Sesudah Pelatihan) ═══
Rata-rata Sebelum : 67.9
Rata-rata Sesudah : 74.5
Rata-rata Selisih : +6.6
t-statistik       : 15.9097
p-value           : 0.000000
→ TOLAK H₀: Pelatihan TERBUKTI meningkatkan nilai (p << 0.05)

═══ UJI CHI-SQUARE ═══
χ² statistik : 8.5714
Derajat bebas: 2
p-value      : 0.0138
→ TOLAK H₀: Ada hubungan signifikan antara jurusan dan jenis kelamin

Uji Pemahaman Sesi 5

🧩 PERTANYAAN 1 — HIPOTESIS
Peneliti ingin membuktikan bahwa rata-rata jam tidur mahasiswa kurang dari 7 jam per malam. Mana rumusan hipotesis yang BENAR?
Benar! H₀ selalu menyatakan status quo atau kesetaraan (μ ≥ 7 — tidur cukup). H₁ adalah yang ingin dibuktikan peneliti (μ < 7 — kurang tidur). Ini adalah uji satu arah ke kiri.
🧩 PERTANYAAN 2 — JENIS ERROR
Sistem keamanan bandara mendeteksi penumpang tidak berbahaya sebagai "tersangka teroris" (alarm palsu). Ini adalah contoh Error jenis apa dalam konteks uji hipotesis?
Benar! H₀: penumpang tidak berbahaya (benar). Sistem menolak H₀ ini (menyatakan berbahaya) padahal H₀ benar → Error Tipe I (False Positive / alarm palsu). Error Tipe II sebaliknya: membiarkan teroris asli lolos karena tidak terdeteksi.
🧩 PERTANYAAN 3 — INTERPRETASI p-value
Penelitian mendapatkan p-value = 0.03 dengan α = 0.05. Interpretasi yang PALING TEPAT adalah?
Benar! p-value = 0.03 berarti: "Jika H₀ benar, ada probabilitas 3% mendapat hasil data yang setidaknya sepukul ini." Karena 3% < α=5%, kita menolak H₀. Ini TIDAK berarti efeknya penting secara praktis — signifikansi statistik ≠ signifikansi praktis.
📋 Ringkasan Sesi 5