Statistiche gare Bebras italiano 2023

In [1]:
from IPython.display import HTML

HTML('''<script>
code_show=true; 
function code_toggle() {
 if (code_show){
 $('div.input').hide();
 } else {
 $('div.input').show();
 }
 code_show = !code_show
} 
$( document ).ready(code_toggle);
</script>
<input type="button" value="Clicca per vedere/nascondere il codice Python" onclick="code_toggle()">''')
Out[1]:
In [2]:
import warnings
#warnings.filterwarnings('once')
warnings.filterwarnings('ignore')

Distribuzione dei punteggi

In [3]:
import pandas as pd
import numpy as np
import json, hashlib, urllib, os.path

pd.options.display.max_rows = None
pd.options.display.max_columns = None
In [4]:
CATS = ('kilo','mega','giga','tera','peta')
CATEGORIES = tuple(f'{c}' for c in CATS)
CAT_FILES = tuple(f'{c}' for c in CATS)
In [5]:
with open('secret.key') as k:
    key = k.readline().strip()

for i, k in enumerate(CAT_FILES):
    if not os.path.exists(f"results-{k}.json"):
        r = urllib.request.urlopen(f"https://bebras.it/api?key={key}&view=exams&edition=bebras_2023&events=0&test={114+i}")
        with open(f"results-{k}.json", "w") as tw:
            tw.writelines(r.read().decode('utf-8'))
In [6]:
score = []
for k in CATEGORIES:
    with open(f"results-{k}.json", "r") as t:
        j = json.load(t)
        score += j['exams']
In [7]:
scoredf = pd.DataFrame(score)
In [8]:
# L'orario va corretto per il fuso orario

scoredf['server_start'] = pd.to_datetime(scoredf['exam_date'].astype('int64') + 60*60, unit='s')
scoredf['orainizio'] = np.floor((scoredf['exam_date'].astype('int64') + 60*60) / (45*60)) # ore da 45', il tempo di gara
scoredf['punteggio'] = pd.to_numeric(scoredf['score'])
scoredf['punteggio_norm'] = scoredf['punteggio'].map(lambda x: x if x >= 0 else 0)
scoredf['anonid'] = scoredf['team_id'].map(lambda x: hashlib.md5(str(x).encode('utf8')).hexdigest())
scoredf['categoria'] = scoredf['category'].str.lower().astype(pd.api.types.CategoricalDtype(categories = CATEGORIES, ordered=True))
In [9]:
valid = scoredf[scoredf['exam_valid_score'] == 1]
valid.to_csv('anonris.csv', columns=['anonid', 'categoria', 'orainizio', 'punteggio', 'punteggio_norm', 'time'])
In [10]:
from IPython.display import display, Markdown

txt = '''<table>
<caption>Squadre partecipanti al Bebras 2023/24 con risultati correttamente registrati</caption>
<thead>
  <tr><th>Categoria</th>
  <th>squadre</th>
  <th> min </th>
  <th> max </th>
  <th> media </th>
  <th> std.dev. </th>
  <th>I quartile </th>
  <th>mediana </th>
  <th>III quartile</th>
  <th>Squadre al minimo</th>
  <th>Squadre al massimo</th>
</tr>
<tbody>
'''
for k in valid['categoria'].unique().sort_values():
    s = valid[valid['categoria'] == k]['punteggio_norm'].describe()
    top = valid[(valid['categoria'] == k) & (valid['punteggio_norm'] == int(s['max']))]
    bottom = valid[(valid['categoria'] == k) & (valid['punteggio_norm'] == int(s['min']))]
    txt += "<tr><th>{}</th><td>{}</td><td>{}</td><td>{}</td><td>{:.1f}</td>\
<td>{:3.1f}</td><td>{}</td><td>{}</td><td>{}</td><td>{:.1f}%</td><td>{:.1f}%</td></tr>".format(k, 
                                                              int(s['count']),
                                                              int(s['min']),
                                                              int(s['max']),
                                                              float(s['mean']),
                                                              float(s['std']),
                                                              int(s['25%']), 
                                                              int(s['50%']), 
                                                              int(s['75%']),
                                                              100*len(bottom)/float(s['count']),
                                                              100*len(top)/float(s['count']))
txt += '<tfoot><tr><th>Totale</th><td>{}</td></tr>'.format(valid['punteggio_norm'].count())
txt += '</table>'
display(Markdown(txt))
Squadre partecipanti al Bebras 2023/24 con risultati correttamente registrati
Categoria squadre min max media std.dev. I quartile mediana III quartile Squadre al minimo Squadre al massimo
kilo362704830.610.22432380.1%5.8%
mega1022304822.89.21622300.3%0.9%
giga466304818.910.01218260.9%0.5%
tera276005420.810.81220281.4%0.4%
peta189405222.411.61422301.2%0.9%
Totale23167
In [11]:
%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
plt.style.use('ggplot')

histograms = valid['punteggio_norm'].hist(by=valid['categoria'], bins=24, figsize=(10,16), layout=(5, 2))
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Percentili per punteggio

In [12]:
for k in valid['categoria'].unique().sort_values():
    tot = float(valid[(valid['categoria'] == k)]['punteggio'].count())
    top = int(valid[(valid['categoria'] == k)]['punteggio'].max())
    pp = [100 * valid[(valid['categoria'] == k) & (valid['punteggio'] < i)]['punteggio'].count()/tot for i in range(1,top+1)]
    txt = '''<table>
    <caption>Percentili per la categoria {} (che percentuale di squadre si supera con un dato punteggio)</caption>
    <thead>'''.format(k)
    txt += ''.join(['<td>{}</td>'.format(i) for i in range(1,top+1)])
    txt += '<tbody>'
    txt += ''.join(['<td>{:.1f}</td>'.format(f) for f in pp])
    txt += '</table>'
    display(Markdown(txt))    
Percentili per la categoria kilo (che percentuale di squadre si supera con un dato punteggio)
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748
0.10.30.40.60.60.71.11.32.12.33.13.65.25.77.57.910.711.313.614.617.818.722.924.028.129.534.535.440.642.147.548.955.856.962.163.270.370.877.678.381.381.789.789.893.093.294.194.2
Percentili per la categoria mega (che percentuale di squadre si supera con un dato punteggio)
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748
0.30.40.60.91.21.82.53.54.56.38.010.512.615.219.222.726.529.535.437.844.847.652.554.861.362.369.270.673.974.980.681.185.586.488.188.493.093.194.895.195.895.998.698.698.999.099.199.1
Percentili per la categoria giga (che percentuale di squadre si supera con un dato punteggio)
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748
0.91.22.83.46.56.911.211.916.417.123.924.631.432.138.438.946.947.354.154.661.461.868.368.773.073.378.879.183.783.986.987.190.290.492.592.694.494.496.796.797.597.598.798.799.399.399.499.5
Percentili per la categoria tera (che percentuale di squadre si supera con un dato punteggio)
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354
1.41.42.93.05.15.29.59.614.114.219.219.525.726.031.431.738.138.545.445.753.553.960.561.067.467.673.173.478.378.682.482.685.886.489.189.391.892.094.094.295.495.596.696.697.897.898.398.399.099.099.499.499.699.6
Percentili per la categoria peta (che percentuale di squadre si supera con un dato punteggio)
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152
1.21.22.52.55.15.18.68.613.013.018.318.324.024.030.330.336.336.342.742.748.848.854.154.159.659.665.265.270.170.175.975.981.281.285.285.288.188.190.790.793.693.695.395.396.896.898.098.098.698.699.199.1

Analisi delle risposte

In [13]:
rr = []
errors = 0
for r in valid.itertuples():
    for q in r.exam_data['questions']:
        try:
            t = dict((k, q[k]) for k in ('q_id','q_class','q_score','q_scoreMax','q_time'))
            t['anonid'] = r.anonid
            rr.append(t)
        except Exception as e:
            #print(q, e)
            errors += 1
print(errors)
2692
In [14]:
quiz = pd.DataFrame(rr)
In [15]:
MAPBEBRAS = dict((x.split('_')[-1], x.split('_')[1]) for x in list(quiz['q_id'].unique()))
In [16]:
MAPNAMES = {
    'Q01': 'La casa dei sogni di Karla',
    'Q02': 'I cucchiaini',
    'Q03': 'Testa o croce',
    'Q04': 'Mazzi di fiori',
    'Q05': 'Il villaggio degli animali',
    'Q06': 'Arabeschi',
    'Q07': 'Albero di mele',
    'Q08': 'Palline nei tubi',
    'Q09': 'Scegliamo un regalo',
    'Q10': 'Alfabeto celtico',
    'Q11': 'Blocchi da raggruppare',
    'Q12': 'Quanti giri?',
    'Q13': "La rana e l'insetto",
    'Q14': "Fabbrica di giocattoli",
    'Q15': 'Fuochino',
    'Q16': 'Buste sigillate',
    'Q17': 'Robot nel parco',
    'Q18': 'Castelli fatati',
    'Q19': 'Gara di canto',
    'Q20': 'Deposito di pacchi',
    'Q21': 'BebrasGPT',
    'Q22': 'Guida autonoma difettosa',
    'Q23': 'Espressioni straordinarie',
    'Q24': 'Interruttori a levetta',
    'Q25': "Evoluzione simultanea",
    'Q26': 'Trenini',
    'Q27': 'Robot sincronizzati',
    'Q28': 'Il progetto del canale',
    'Q29': 'Mappatura digitale',
    'Q30': 'La raccolta delle mele'
}
In [17]:
quiz = quiz.rename(columns={'q_time': 'time', 'q_score': 'score', 'q_scoreMax': 'score_max', 'q_class': 'cat'})
In [18]:
quiz['nome'] = quiz['q_id'].str.extract('[0-9]+_(.+)', expand=False)
quiz['edizione'] = quiz['q_id'].str.extract('([0-9]+)_.+', expand=False)
quiz['completo'] = quiz['score'] == quiz['score_max']
quiz['parziale'] = (quiz['score'] > 0) & (quiz['score'] != quiz['score_max'])
quiz['penalizzato'] = quiz['score'] < 0
quiz['voto'] = quiz['score'] / quiz['score_max'].astype('float64')
quiz['minuti'] = quiz['time'].map(lambda x: float(x)/60. if float(x) >= 0 and float(x) <= 45*60 else np.NaN)

quiz.to_csv('quiz.csv', columns=['anonid', 'cat', 'edizione', 'nome', 'score', 'score_max', 'time'])
In [19]:
vquiz = pd.merge(valid[['anonid', 'categoria', 'punteggio','punteggio_norm','orainizio','teacher_id','school_cap']], quiz, on='anonid')
In [20]:
plt.figure(figsize=(16,40))

def bname(n):
    if n in MAPBEBRAS and n in MAPNAMES:
        return '{}'.format(MAPNAMES[n])
    else:
        return n

for j, k in enumerate(valid['categoria'].unique().sort_values()):
    plt.subplot(len(valid['categoria'].unique()), 1, j+1)
    plt.ylim(0,1.2)
    m = vquiz[vquiz['categoria'] == k].groupby('nome', 
                                             sort=False)[['completo','voto', 'parziale', 'penalizzato', 'minuti','score_max']].mean()
    m['vparziale'] = m['voto'] - m['completo']

    c = plt.bar(np.arange(m.index.size), m['completo'], color='blue')
    p = plt.bar(np.arange(m.index.size), m['parziale'], bottom=m['completo'], color='lightblue')   
    plt.xticks(np.arange(m.index.size), map(bname, m.index.tolist()), rotation=45)
    plt.ylim([0,1])
    plt.yticks(np.arange(0,1.2,.2), ['{:.0f}%'.format(100*y) for y in np.arange(0,1.2,.2)])
    for i, y in enumerate(m['voto'].tolist()):
        plt.annotate(text='{:.0f}\''.format(m['minuti'].iloc[i]), xy=(i, .75*m['completo'].iloc[i]), color='white')
        plt.annotate(text='{:.0f}'.format(m['score_max'].iloc[i]), xy=(i-.15, .02), color='yellow', fontsize='x-large')
    plt.legend((c[0],p[0]), ('completo','parziale'), loc=(.92,.6))
    plt.title('{}: tassi di soluzione (il numero in alto indica i minuti spesi in media sul quesito, \
il numero in basso il punteggio massimo ottenibile)'.format(k))

plt.tight_layout()
plt.savefig('tassisol.png')
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In [21]:
plt.figure(figsize=(16,40))

for j, k in enumerate(valid['categoria'].unique()):
    plt.subplot(len(valid['categoria'].unique()),1, j+1)
    plt.ylim(0,1.2)
    m = vquiz[vquiz['categoria'] == k].groupby('nome', 
                                             sort=False)[['completo','voto', 'parziale', 'penalizzato', 'minuti','score_max']].mean()
    m['vparziale'] = m['voto'] - m['completo']

    c = plt.bar(np.arange(m.index.size), m['voto'], color='green')
    z = plt.bar(np.arange(m.index.size), -m['penalizzato'], color='red')
    plt.ylim([-1,1])
    plt.yticks(np.arange(-1,1.2,.2), ['{:.0f}%'.format(100*abs(y)) for y in np.arange(-1,1.2,.2)])
 
    plt.xticks(np.arange(m.index.size), map(bname, m.index.tolist()), rotation=45)
    for i, y in enumerate(m['voto'].tolist()):
        plt.annotate(text='{:.0f}'.format(m['score_max'].iloc[i]), xy=(i, -.8), color='blue')
    
    plt.legend((c[0],z[0]), ('punteggio','penalità'), loc=(0.91,.725))
    plt.title('{}: percentuale di punteggio attribuito in media, in rosso la percentuale di penalizzati (il numero in basso è il punteggio massimo)'.format(k))

plt.tight_layout()
plt.savefig('punti.png')
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Analisi delle squadre

In [22]:
members = []
for r in valid.itertuples():
    if r.team_composition and 'members' in r.team_composition:
        for m in r.team_composition['members']:
            m['categoria'] = r.category.lower()
            m['anonid'] = hashlib.md5(str(r.team_id).encode('utf8')).hexdigest()
            members.append(m)

pupils = pd.DataFrame(members)
pupils['genere'] = pupils['sex'].map(lambda x: x if x != '-' else np.NaN)
pupils['categoria'] = pupils['categoria'].astype(pd.api.types.CategoricalDtype(categories = CATEGORIES, ordered=True))
In [23]:
gender = pupils[pupils['genere'].notnull()].groupby(['categoria', 'genere']).count()
txt = '''<table><caption>Studenti partecipanti al Bebras 2023 con risultati validi 
(i dati dipendono dalla corretta compilazione dei profili delle squadre)</caption>
<thead>
  <tr><th>Categoria</th>
  <th>studenti</th>
  <th>femmine</th>
  <th>maschi</th>
  <th>squadre con dati mancanti</th>
  <th>media componenti per squadra</th>
  </tr>
<tbody>
'''
notempty = pupils[pupils['genere'].isin(['m', 'f'])].groupby('categoria')['anonid'].nunique()
empty = pupils[pupils['genere'].isnull()].groupby('categoria')['anonid'].nunique()

totf = 0
totm = 0
tot = 0
for k in pupils['categoria'].unique().sort_values():
    f = gender.loc[(k,'f')]['class']
    totf += f
    m = gender.loc[(k,'m')]['class']
    totm += m
    tot += f + m + empty[k]*(2 if '-double' in k else 1)
    
    txt += f'<tr><th>{k}</th><td>{f+m}</td><td>{f} ({100*float(f)/float(f+m):.1f}%)</td><td>{m} ({100*float(m)/float(f+m):.1f}%)</td><td>{empty[k]}</td><td>{float(f+m) / float(notempty[k]):.2f}</td></tr>'

txt += f'<tr><th>Totale:</th><td>{totf+totm}</td><td>{totf} ({100*float(totf)/float(totf+totm):.1f}%)</td><td>{totm} ({100*float(totm)/float(totf+totm):.1f}%)</td></tr>'
txt += f'<tr><th>Totale comprese squadre con dati mancanti</th><td> ≧ {tot}</td></tr>'
txt += '</table>'
display(Markdown(txt)) 
Studenti partecipanti al Bebras 2023 con risultati validi (i dati dipendono dalla corretta compilazione dei profili delle squadre)
Categoria studenti femmine maschi squadre con dati mancanti media componenti per squadra
kilo89584350 (48.6%)4608 (51.4%)8502.80
mega201679629 (47.7%)10538 (52.3%)35582.74
giga93174471 (48.0%)4846 (52.0%)15812.75
tera57781883 (32.6%)3895 (67.4%)10972.70
peta3973985 (24.8%)2988 (75.2%)6852.65
Totale:4819321318 (44.2%)26875 (55.8%)
Totale comprese squadre con dati mancanti ≧ 55964
In [24]:
compositions = pupils[pupils['genere'].isin(['m', 'f'])].groupby('anonid')['genere'].agg(lambda xx: ''.join(sorted(xx.sum())))

gquiz = pd.merge(vquiz, compositions, on='anonid')

gquiz['n_m'] = gquiz['genere'].str.count('m')
gquiz['n_f'] = gquiz['genere'].str.count('f')
gquiz['n'] = gquiz['n_m'] + gquiz['n_f']

gquiz.to_csv('mf.csv')

I nomi delle squadre più comuni

In [25]:
import re
from collections import Counter

notwanted = re.compile('^0[0-9]+$|^[0-9][a-zA-Z0-9_]|^the$|^and$|^classe$|^squadra$|^gruppo$|^team$|^i+$|^iv$|^[a-zA-Z0-9_]$|^prima$|^seconda$\
|^terza$|^quarta$|^quinta$|^squadra|^$')

names = scoredf['team_name'].str.strip().str.lower().tolist()
oknames = filter(lambda w: not notwanted.match(w), names)

c = Counter(oknames)

c.most_common(30)
Out[25]:
[('i matematici', 37),
 ('blu', 25),
 ('i tre moschettieri', 21),
 ('gli informatici', 17),
 ('saturno', 16),
 ('giove', 15),
 ('marte', 15),
 ('rosso', 15),
 ('i leoni', 14),
 ('leoni', 14),
 ('verde', 14),
 ('venere', 13),
 ('terra', 13),
 ('le leonesse', 13),
 ('viola', 12),
 ('le queen', 12),
 ('giallo', 11),
 ('le matematiche', 11),
 ('i fantastici 3', 11),
 ('i puffi', 11),
 ('arancione', 10),
 ('mercurio', 10),
 ('le tigri', 10),
 ('tigri', 10),
 ('il trio', 10),
 ('i castori', 10),
 ('le winx', 10),
 ('i lupi', 9),
 ('5 a  primaria manzoni', 9),
 ('nettuno', 9)]
In [26]:
plt.axis('off')
os = scoredf['operating_system'].value_counts().plot.pie(autopct='%.1f', radius=1.22,
                                                    explode=[.06*i*i for i in range(len(scoredf['operating_system'].unique()))],
                                                    figsize=(5,5), title='Sistemi operativi utilizzati')
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