Анализ источников кофеина
О проекте
Я решила проанализировать датасет Caffeine Intake Tracker с Kaggle, так как исследование источников кофеина показалось мне актуальным для студентов.
Кофеин — один из самых распространённых и доступных стимуляторов, который прочно вошёл в повседневную жизнь современных людей. Особенно заметно его влияние в студенческой среде, где нехватка сна, высокая учебная нагрузка и постоянные дедлайны стали почти нормой. В таких условиях кофеин часто воспринимается как простой и быстрый способ взбодриться, сосредоточиться и повысить работоспособность. Чаще всего источниками кофеина становятся кофе, чай и энергетические напитки — именно их мы выбираем в зависимости от ситуации, вкуса или привычек, не всегда задумываясь о последствиях.
Несмотря на то что кофеин в основе у всех этих напитков один и тот же, его воздействие на организм может заметно отличаться. Кофе обычно ассоциируется с резким приливом энергии и повышением концентрации, чай — с более мягким и продолжительным эффектом, а энергетики — с быстрым, но иногда слишком сильным стимулом, который может сопровождаться побочными ощущениями. Для студентов эти различия особенно важны, так как неправильный выбор источника кофеина может привести к переутомлению, проблемам со сном или снижению продуктивности в долгосрочной перспективе.
Именно поэтому исследование статистики по влиянию кофе, чая и энергетиков на людей представляет собой актуальную и практичную тему. Анализ реальных данных позволяет не только сравнить эффекты разных напитков, но и лучше понять, как они отражаются на самочувствии, уровне стресса и учебной эффективности. Для студентов такое исследование может быть полезным шагом к более осознанному потреблению кофеина и поиску баланса между бодростью, здоровьем и успешной учёбой.
Стиль проекта
Цветовая гамма проекта была выбрана на основе ассоциаций с самими напитками. В оформлении использованы яркие и тёплые оттенки, которые отсылают к цветам кофе, чая и энергетиков и визуально передают ощущение бодрости и активности. Такая палитра подчёркивает основную идею исследования — заряд энергии и повышение концентрации, которые дают кофеинсодержащие напитки.
Выбор характеристик и типов графиков
Популярность источников кофеина
Почему выбрана: показывает, какие напитки чаще всего употребляются, помогает понять, на какие источники кофеина стоит делать основной акцент при анализе влияния на студентов. Тип графика: круговая диаграмма — наглядно отражает доли и позволяет быстро сравнить популярность вариантов.
Распределение дозировки кофеина
Почему выбрана: отражает реальные объёмы потребления кофеина, позволяет увидеть, преобладают ли безопасные или потенциально рискованные дозы. Тип графика: гистограмма — хорошо подходит для анализа распределения количественных данных.
Зависимость концентрации внимания от источника кофеина
Почему выбрана: позволяет сравнить эффективность разных напитков, показывает, имеет ли значение форма потребления кофеина, а не только его количество. Тип графика: столбчатая диаграмма — удобна для сравнения средних значений между категориями.
Чувствительность к кофеину по полу
Почему выбрана: учитывает возможные индивидуальные различия, позволяет проверить, одинаково ли кофеин влияет на мужчин и женщин. Тип графика: линейный график — показывает и сравнивает динамику реакции двух групп.
Влияние напитка на качество сна по времени употребления
Почему выбрана: учитывает не только источник кофеина, но и момент его приёма, помогает оценить негативные последствия употребления кофеина, особенно вечером. Тип графика: группированная столбчатая диаграмма — позволяет одновременно сравнивать несколько факторов.
Зависимость концентрации внимания от дозировки кофеина
Почему выбрана: данный график показывает, как распределяются значения концентрации внимания при разных дозах кофеина в общей выборке, гистограмма позволяет увидеть, при каких дозировках чаще всего наблюдаются те или иные уровни концентрации. Это помогает понять, какие сочетания дозы и эффекта являются типичными, а какие — редкими или экстремальными. В контексте исследования это важно для оценки «нормального» уровня воздействия кофеина на внимание у большинства людей. Тип графика: гистограмма наиболее подходит для анализа распределения количественных данных и выявления смещений, пиков и разброса значений.
Зависимость концентрации внимания от дозировки кофеина по источникам
Почему выбрана: этот график показывает, как меняется концентрация внимания при увеличении дозировки кофеина отдельно для кофе, чая и энергетиков, он позволяет сравнить не только общий эффект кофеина, но и различия между источниками при одинаковых дозах. Это особенно важно для исследования, так как помогает понять, влияет ли форма потребления кофеина на концентрацию внимания и насколько по-разному действуют напитки. Тип графика: линейный график хорошо отражает динамику изменений и позволяет наглядно сравнивать несколько зависимостей одновременно, что удобно для выявления различий в характере воздействия разных источников кофеина.
Этапы работы
Подготовка данных
1. Импортировала pandas, matplotlib и numpy.
2. Загрузила CSV в DataFrame через pd.read_csv.
3. Превратила one-hot столбцы в категориальные колонки beverage, time_of_day и gender с помощью функции one_hot_to_label.
4. Разбила значения caffeine_mg на интервалы и создала колонку dose_bin через np.linspace и pd.cut.
5. Задала цвета и фон для темы графиков.
6. Настроила общий стиль графиков через plt.style.use и plt.rcParams.update.
7. Добавила функцию clamp01 для фиксации оси Y в диапазоне 0–1.
8. Перевела категории на русский и задала порядок отображения (beverage_ru, time_ru, gender_ru) через map и списки order_*.
9. Подготовила палитры цветов для категорий (palette_bev, time_palette, gender_palette) и дефолтный цвет.
Когда всё было настроено, приступила к визуализации данных по выбранным характеристикам.
Анализ визуализаций
По столбчатой диаграмме видно, что уровень концентрации внимания заметно зависит от источника кофеина. Наибольшее среднее значение концентрации наблюдается у энергетиков — их показатель близок к максимальному. Это говорит о том, что энергетические напитки обеспечивают самый сильный стимулирующий эффект на внимание.
Кофе занимает второе место. Он также значительно повышает концентрацию внимания, но его эффект чуть слабее по сравнению с энергетиками. При этом кофе выглядит более сбалансированным вариантом, так как не достигает экстремальных значений.
Чай показывает самый низкий уровень концентрации внимания среди трёх источников кофеина. Однако его показатель всё равно находится на достаточно высоком уровне, что подтверждает, что чай тоже способствует улучшению внимания, но действует мягче.
Небольшие погрешности на столбцах указывают на то, что разброс значений невелик, а различия между источниками достаточно устойчивы. В целом можно сделать вывод, что энергетики сильнее всего повышают концентрацию внимания, кофе даёт умеренный эффект, а чай является самым мягким и щадящим источником кофеина.
По графику видно, что для всех трёх источников кофеина существует положительная зависимость между дозировкой и уровнем концентрации внимания, однако характер этого влияния различается.
Чай показывает самый мягкий и умеренный рост концентрации. Уже при небольших дозах наблюдается относительно стабильный уровень внимания, но максимальные значения достигаются быстрее и без резких скачков. Это может говорить о более плавном и предсказуемом эффекте чая.
Кофе обеспечивает более выраженное повышение концентрации по мере увеличения дозы. Рост достаточно устойчивый, однако на высоких дозировках заметны небольшие колебания и выход на плато, что может указывать на предел полезного эффекта.
Энергетики демонстрируют самый сильный и быстрый эффект: уже при средних дозировках уровень концентрации приближается к максимальному. При этом на высоких дозах эффект практически достигает потолка, а дальнейшее увеличение дозировки почти не даёт прироста концентрации.
В целом можно сделать вывод, что энергетики наиболее эффективно повышают концентрацию внимания, но действуют резко. Кофе занимает промежуточное положение, а чай является самым мягким и стабильным источником кофеина. Это подтверждает, что выбор напитка может быть не менее важен, чем сама дозировка кофеина.
По графику видно, что и у мужчин, и у женщин с увеличением дозировки кофеина уровень концентрации внимания в целом растёт. Тренды для обеих групп очень похожи, что говорит о том, что кофеин оказывает схожее стимулирующее действие независимо от пола.
При низких дозировках концентрация внимания у женщин немного выше, чем у мужчин. Это может указывать на более выраженную чувствительность к кофеину при малых дозах. Однако уже при средних дозах различия практически исчезают — показатели становятся почти одинаковыми.
На более высоких дозировках наблюдаются небольшие колебания: в отдельных точках мужчины показывают чуть более высокую концентрацию, в других — женщины. Тем не менее эти различия не выглядят значительными и, вероятно, не носят системного характера.
В целом можно сделать вывод, что пол не является определяющим фактором в влиянии кофеина на концентрацию внимания. Гораздо более важную роль играет сама дозировка кофеина, тогда как различия между мужчинами и женщинами минимальны и проявляются лишь на отдельных уровнях доз.
По графику видно, что между дозировкой кофеина и уровнем концентрации внимания существует выраженная положительная зависимость. При увеличении дозы кофеина показатели концентрации постепенно растут: от относительно умеренных значений при низких дозировках до высоких — при средних и более высоких.
Наиболее заметный рост концентрации наблюдается при переходе от низких к средним дозам кофеина. Это говорит о том, что небольшое количество кофеина действительно помогает лучше сосредоточиться и повысить внимание, что особенно важно во время учёбы или выполнения интеллектуальных задач.
При высоких дозировках рост концентрации замедляется и выходит на плато: значения близки к максимальным, но увеличиваются уже не так значительно. Это может указывать на наличие предельного эффекта, при котором дальнейшее увеличение дозы кофеина не даёт существенного улучшения концентрации и потенциально может привести к побочным эффектам, таким как нервозность или усталость.
В целом можно сделать вывод, что кофеин положительно влияет на концентрацию внимания, однако наибольшую пользу приносят умеренные дозировки. Чрезмерное увеличение потребления кофеина не обязательно приводит к пропорциональному росту эффективности и может быть неоправданным.
По круговой диаграмме видно, что самым популярным источником кофеина является кофе — его выбирают чуть больше половины респондентов (около 53%). Это ожидаемый результат, так как кофе давно стал привычной частью повседневной жизни, особенно среди студентов и работающих людей, благодаря быстрому и заметному бодрящему эффекту.
Второе место по популярности занимает чай (примерно 37,6%). Это говорит о том, что значительная часть людей предпочитает более мягкий и спокойный источник кофеина, который часто воспринимается как более полезный и менее вредный для сна и самочувствия.
Энергетики оказались наименее популярным вариантом — их выбирают около 9,4% опрошенных. Низкая доля может быть связана с их высокой «жёсткостью», возможными побочными эффектами и более негативным отношением к ним со стороны общества.
В целом можно сделать вывод, что большинство людей предпочитают традиционные источники кофеина — кофе и чай, тогда как энергетики используются значительно реже и, скорее всего, в особых ситуациях, например при сильной усталости или необходимости быстро взбодриться.
По гистограмме видно, что распределение дозировки кофеина неравномерное и смещено в сторону низких и средних значений. Наибольшее количество наблюдений приходится на диапазон примерно от 0.1 до 0.3 — это говорит о том, что чаще всего люди употребляют кофеин в умеренных дозах. Вероятно, такие дозировки соответствуют одной чашке кофе или чая и являются наиболее привычными и «безопасными» для повседневного использования.
Средние дозы (примерно 0.4–0.6) встречаются реже, но всё ещё достаточно часто. Это может указывать на периоды повышенной нагрузки, например во время учёбы или работы, когда люди сознательно увеличивают потребление кофеина для поддержания концентрации.
Высокие дозировки (выше 0.7) представлены в данных значительно реже и выглядят как исключения. Скорее всего, они связаны с употреблением энергетиков или нескольких кофеинсодержащих напитков подряд. Это может свидетельствовать о том, что большинство людей всё же стараются не превышать определённый «комфортный» уровень кофеина, осознавая возможные негативные эффекты.
В целом можно сделать вывод, что потребление кофеина у большинства людей носит умеренный характер, а экстремально высокие дозировки встречаются редко и, вероятно, используются в особых ситуациях, а не на постоянной основе.
По графику видно, что влияние напитков с кофеином на качество сна заметно различается как в зависимости от источника кофеина, так и от времени его употребления.
Чай во всех временных интервалах показывает наилучшие показатели качества сна. Причём вечером его влияние выглядит наименее негативным по сравнению с кофе и энергетиками, что может говорить о более мягком и стабильном действии кофеина из чая.
Кофе занимает промежуточное положение. Утром и днём его влияние на сон относительно умеренное, однако при употреблении вечером качество сна снижается сильнее. Это подтверждает распространённое мнение о том, что вечерний кофе может мешать засыпанию и ухудшать сон.
Энергетики оказывают наиболее негативное влияние на качество сна независимо от времени употребления. Особенно заметно снижение показателей при употреблении днём и вечером. Вероятно, это связано с более высокой дозой кофеина и наличием дополнительных стимулирующих веществ.
В целом можно сделать вывод, что для сохранения качества сна наиболее безопасным источником кофеина является чай, особенно во второй половине дня. Кофе стоит ограничивать в вечернее время, а энергетики — употреблять с осторожностью или избегать вовсе, особенно если важен полноценный сон.
Выводы
На основе всех полученных данных можно сделать общий вывод, что влияние кофеина на организм человека зависит не только от его дозировки, но и от источника, времени употребления и индивидуальных особенностей. Кофеин действительно способствует повышению концентрации внимания, особенно при умеренных дозах, что делает его важным инструментом для поддержания продуктивности, особенно в студенческой среде.
Сравнение источников кофеина показало, что энергетики дают самый сильный и быстрый эффект на концентрацию внимания, однако при этом они чаще связаны с высокими дозировками и наиболее негативно влияют на качество сна. Кофе занимает промежуточное положение: он эффективно повышает внимание, но при употреблении в вечернее время может ухудшать сон. Чай, в свою очередь, действует мягче всего — он меньше влияет на сон и обеспечивает более стабильный, хотя и менее выраженный эффект концентрации.
Также было выявлено, что большинство людей предпочитают умеренные дозы кофеина и чаще выбирают традиционные источники — кофе и чай. Энергетики используются значительно реже и, как правило, в особых ситуациях. Гендерные различия в реакции на кофеин оказались минимальными, что говорит о схожем влиянии кофеина на концентрацию внимания у мужчин и женщин.
В целом исследование показывает, что для эффективного и безопасного использования кофеина важно соблюдать баланс: выбирать подходящий источник, не превышать разумные дозировки и учитывать время употребления. Такой осознанный подход позволяет повысить продуктивность и концентрацию без серьёзного ущерба для сна и общего самочувствия.
Использованные инструменты
Kaggle Платформа, с которой я скачала датасет Caffeine Intake Tracker
Google Colab Среда, где я писала код, обрабатывала данные и визуализировала их
Python и его библиотеки pandas — основа работы с таблицей; matplotlib — создание визуализации numpy — вспомогательные вычисления
Adobe color Сайт, с помощью которого я создала цветовую палитру для визуализаций
