Курс «A/B-тестирование»

Что такое статистическая значимость в A/B тестах и в чем ее ценность | Глава 3

Занырнем глубже в механику классического A/B тестирования, познакомимся с понятием “статистическая значимость” и разберемся, что может угрожать достоверности результатов ваших тестов.
Иллюстрация Guo Peijun: https://www.behance.net/gallery/103219113/Balance

← Предыдущий урок

(Перед вами перевод бесплатного курса по A/B тестированию от компании Dynamic Yield. Если вы здесь впервые, то лучше начните сначала)

Автор английской версии: Идан Михаэли, директор по Data Science в Hippo Insurance

Над переводом работали Оля Жолудова и Ринат Шайхутдинов. При поддержке koptelnya.ru.

Коптельня — команда по быстрой разработке веб-приложений и сайтов.

A/B тестирование — это одна из самых популярных техник оптимизации веб-страниц. Техника позволяет маркетологам, владельцам сайтов принимать более взвешенные и обоснованные решения относительно целесообразности внедрения их творческих идей. Другими словами, когда кто-то предлагает что-то на сайте поменять, мы можем оценить эти изменения не интуитивно и не с высоты чьего-то опыта, а объективно, отталкиваясь от конкретных целей: как ближних (например, CTR кнопки), так и долгосрочных (например, конверсия в покупатели). В то же время, тесты страхуют нас от серьезных ошибок, которые могут подорвать вовлеченность.

Давайте же занырнем глубже в механику классического A/B тестирования, познакомимся с понятием статистическая значимость (statistical significance) и разберемся, что может угрожать достоверности результатов ваших тестов. В конце статьи я приведу пару альтернатив классическому A/B тестированию от Dynamic Yield.

На первый взгляд, процедура тестирования предельно проста. Во-первых, мы создаем вариацию некой оригинальной веб-страницы (базы). Далее, мы случайным образом делим трафик между двумя версиями страницы (распределение посетителей проходит случайно, согласно некой вероятности). Наконец, мы собираем данные, как отработала каждая версия страницы (метрики). После этого мы анализируем данные, выбираем версию с наилучшими результатами и отключаем ту, что отработала хуже. Вроде бы все очевидно и просто? Нет. 

Важно помнить, что когда мы выбираем одну из версий, то фактически масштабируем показатели, полученные в результате тестирования, на всю аудиторию потенциальных пользователей, а это — серьезный прыжок веры. Поэтому тестирование должно быть достоверным; иначе есть риск принять неверное решение, которое в долгосрочной перспективе негативно скажется на показателях сайта. Процесс достижения нужной достоверности мы называем тестированием гипотезы (hypothesis testing), а саму искомую достоверность — статистической значимостью (statistical significance).

Тестирование гипотезы начинается с того, что мы формулируем нулевую гипотезу (Null hypothesis) — некое утверждение, которое закрепляет статус кво, например “оригинальная страница (база) дает тот же CTR, что и вариация с новым дизайном”. Далее мы смотрим, можно ли отклонить это утверждение как крайне маловероятное. 

Что важно учесть при отклонении нулевой гипотезы?

Во-первых, нужно понять, где нас подстерегают ошибки. Вариантов тут два: во-первых, мы можем ошибочно опровергнуть нулевую гипотезу. Мельком взглянув на данные, мы можем прийти к выводу, что разница в показателях двух страниц имеется.

Ошибки первого рода. На деле же, этой разницы может не быть, а различия в результатах, на которые мы опираемся — это воля случая. Такой тип ошибок называется ошибки первого рода (type I error) или ложноположительные результаты (false positive).

Ошибки второго рода. Второй тип ошибок наблюдается, когда мы не наблюдаем значительной разницы между вариациями страницы, в то время как разница на самом деле есть, а ее отсутствие в тестировании — это случайность. Такие ошибки называют ошибками второго рода (type II error) или ложноотрицательными результатами (false negative). 

Подробнее про ошибки первого и второго рода

Как избежать ошибок первого и второго рода? 

Краткий ответ такой: устанавливайте правильный размер выборки. Чтобы определить нужный размер выборки, необходимо задать несколько параметров для нашего теста. Чтобы избежать ложноположительных результатов, нужно установить уровень достоверности (confidence level) или, другими словами,  статистическую значимость. Это должно быть небольшое положительное число. Как правило, уровень значимости принимают равным 0,05: это означает, что на действующей модели лишь в 5% случаев есть вероятность выявить ложную разницу между двумя вариациями (то есть пятипроцентная вероятность ошибки). Про эту общепринятую константу обычно говорят “достоверность более 95%”.

Большинство специалистов по проведению тестирований (как и большинство инструментов, доступных на сегодняшний день) довольствуются этим первым параметром. Но, если мы хотим также застраховаться от ложноотрицательных результатов (false negative), нужно определить еще два параметра.

Хотя этот процесс может показаться достаточно сложным, а рассчитанный таким образом размер выборки часто кажется слишком большим, стандартный подход к тестированию диктует именно такую процедуру — иначе о достоверности говорить не приходится. Горькая правда в том, что даже при условии чёткого следования вышеописанному алгоритму, вы всё равно можете получить некорректные результаты. Давайте разберемся почему. 

Я провел все вычисления; теперь можно полностью доверять результатам?

Хотя метод проверки гипотез выглядит многообещающе, на практике он совершенно не застрахован от ошибок, потому что при тестировании мы опираемся на определенные скрытые предположения, которые часто не имеют места в реальных жизненных сценариях.

Первое предположение обычно не вызывает сомнений: мы предполагаем, что “образцы” нашей выборки — то есть посетители сайта, которым мы показываем вариации страницы — никак не связаны друг с другом, и их поступки не созависимы.  Обычно это предположение достоверно, если конечно мы не показываем наши вариации одному и тому же посетителю по несколько раз, считая каждый раз как отдельный показ. 

Второе предположение состоит в том, что элементы каждой выборки распределены одинаково (identically distributed). Проще говоря, это означает, что вероятность конверсии равна для всех посетителей. Конечно, это не так. Вероятность конверсии зависит от времени, местоположения, предпочтений посетителя, источников трафика и многих других факторов. К примеру, если во время проведения эксперимента, на сайте крутится какая-то рекламная кампания, мы можем наблюдать прилив трафика с Facebook. Это может привести к резким изменениям в CTR (click-through rates) — ведь люди, привлеченные рекламой, отличаются от ваших обычных посетителей. Такие колебания влияют не только на A/B тесты, но и на более продвинутые техники оптимизации, которые мы применяем в Dynamic Yield. 

Третье предположение заключается в том, что измеряемые нами показатели (например, CTR или конверсия) имеют нормальное распределение. Возможно для вас это звучит как абстрактный математический термин, но правда в том, что все “магические” формулы расчета уровня достоверности основаны на этом предположении, которое, кстати, очень шаткое и соблюдается далеко не всегда. В целом можно выделить такую зависимость: чем больше размер выборки и чем больше мы наблюдаем конверсий, тем сильнее соблюдается это предположение — согласно центральной предельной теореме.

Окей, понятно, что математика не застрахована от ошибок, но на какие подводные камни стоит обратить внимание? 

Таких подводных камней два.

Во-первых, платформы для проведения A/B тестов часто предлагают наблюдать за результатами тестирования в реальном времени. С одной стороны, это дает чувство контроля над ситуацией и позволяет специалисту следить за прозрачностью тестирования. Однако, наблюдая за показателями “в прямом эфире”, мы рискуем приступить к активным действиям раньше времени, отталкиваясь от сырых данных. Кто-то останавливает тестирование, получив первые результаты — даже если нужный размер выборки еще не достигнут, кто-то тормозит, как только достигнута статистическая значимость; оба сценария — прямой путь к ошибкам. Это вызывает статистическую погрешность (statistical bias) в сторону выявления разницы, которой на самом деле нет; более того, эту погрешность мы не можем заранее рассчитать и скорректировать (например, установив более высокий уровень значимости). Больше на тему: Как не надо анализировать A/B тесты. Проблема подглядывания

Второй подводный камень — это завышенные ожидания от вариации-победителя после проведения тестирования. В результате проявления статистического эффекта известного как регрессия к среднему (regression toward the mean), долговременные результаты вариации-победителя могут быть не такими высокими, как в процессе тестирования. Проще говоря, есть вероятность, что вариация-победитель на самом деле была не объективно лучшей, а просто более “везучей”. Это везение со временем заканчивается и сглаживается, в результате чего возникает ощущение, что результаты падают. 

Есть ли альтернативы A/B тестированию? 

Конечно. Есть множество разных кейсов оптимизации страниц, и A/B тестирование подходит лишь в ряде случаев. Допустим, мы хотим провести тест на странице, которая давно работает и по показателям которой у нас уже собрана определенная история. Изменение, которое мы хотим внести, будет внедрено на страницу надолго и для всей совокупности посетителей сайта. Конечно, в этом случае нужно глубоко и точно измерить все результаты и принять обоснованное решение относительно данного изменения. Однако, на практике часто встречаются другие кейсы. 

К примеру, нам нужно узнать, какой из трёх заголовков статей сработает лучше. При этом сайт, на котором будет размещена статья, относительно новый, а сама статья будет висеть на главной странице лишь несколько часов. Это означает, что нам нужно быстро выявить самый эффективный заголовок и применить это знание в рамках нескольких часов. В этом нам поможет метод “многорукого бандита”. 

Если кратко, многорукий бандит постоянно делит трафик между вариациями в зависимости от результатов и уровня достоверности, зафиксированных на каждом этапе пути. При таком подходе мы немного теряем в плане уверенности, что вариация-побелитель действительно лучшая вариация, но получаем более быструю конвергенцию. Это первый уровень оптимизации, который мы предлагаем в Dynamic Yield. 

Более глубокий уровень оптимизации делает ставку на полную персонализацию. Это можно делать вручную или автоматически. Суть в том, что мы показываем определенным пользователям определенные вариации. Рассмотрим пример персонализации вручную. Допустим мы хотим на День Королевы показывать всем посетителям из Нидерландов оранжевый фон страницы. Очень часто такие ручные изменения приносят свои результаты. Минус в том, что они плохо масштабируются. Допустим, у нас на сайте действует рекламная акция для посетителей с Facebook. Что делать, если с Facebook приходит голландец? По мере появления новых групп посетителей, количество вариаций будет расти, а правила оптимизации — усложняться. Кроме того, здесь в игру вступает метод научного тыка — вроде бы эксперименты должны принести какие-то результаты, но никто не знает какие. 

Поэтому в подобных случаях может лучше сработать подход автоматической персонализации. Допустим, у нас кулинарный сайт, на котором есть секция с рекомендованными рецептами. С помощью механизма персонализации мы можем настроить сайт так, чтобы рекомендовать каждому посетителю персональный рецепт, на основании истории его взаимодействия со страницами, разделами и тегами на сайте.  

Вывод и рекомендация

A/B тесты — эффективный инструмент, но если проводить их неправильно, можно прийти к ложным выводам. Достижение нужного уровня статистической значимости — это обязательное условие для получения надежных результатов тестирования. Чтобы этого добиться, нужно правильно установить ряд параметров, а также определить необходимый размер выборки и придерживаться его в процессе тестирования. 

Классическая ошибка, которая ведет к потере достоверности — это сбор результатов до момента достижения нужного размера выборки. Если вас интересуют быстрые способ оптимизации, присмотритесь к методам из второй части статьи: многорукий бандит и персонализация на базе машинного обучения. 

Чтобы определить, насколько значимы результаты вашего теста, воспользуйтесь нашим бесплатным калькулятором байесовского A/B тестирования


← Назад | Продолжение (Глава 4) →


Курс «A/B-тестирование»