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統計学は、経験的データの収集、分析、解釈、提示のための方法を開発し、研究することに関係する科学です。統計学は非常に学際的な分野であり、統計学の研究は事実上すべての科学分野で応用可能であり、様々な科学分野の研究課題が新しい統計的手法や理論の開発の動機となります。統計学の研究者は、手法の開発や手法の基礎となる理論の研究に、様々な数学的・計算的ツールを活用しています。

統計学の分野では、不確実性と変動という2つの基本的な考え方があります。科学（あるいはより一般的に人生）において、結果が不確実な状況に遭遇することは多々あります。ある場合は、問題の結果がまだ確定していないからであり（例えば、明日雨が降るかどうかわからない）、ある場合は、結果がすでに確定しているにもかかわらず、それに気づいていないからです（例えば、ある試験に合格したかどうかがわからない）。

確率は不確実な事象を論じるために用いられる数学的言語であり、確率は統計学において重要な役割を果たします。どんな測定やデータ収集の努力も、多くの変動要因に左右されます。これは、同じ測定を繰り返した場合、答えが変わる可能性が高いことを意味します。統計学者は、どのような状況においても、ばらつきの原因を理解し、（可能であれば）コントロールすることを試みます。