O Awk foi projetado para processamento de texto simples. Se você quer mais do que isso, há um ponto em que você precisa abandonar o awk e usar uma linguagem mais capaz.
Perl é a progressão natural. Ele tem a maioria dos recursos do awk com uma sintaxe semelhante e é instalado por padrão na maioria dos sistemas unix não incorporados. Não tenho conhecimento de nenhuma biblioteca para o tipo de análise estatística que você descreve, mas há muitas bibliotecas por aí.
Para análise estatística, a língua de escolha é R . É mais fraco que o awk no processamento de texto, portanto, a menos que seus dados já estejam em um formato que o R entenda, você precisará massagear primeiro, possivelmente canalizando o awk para a R. Ver Existe uma maneira de obter o min, max, median e average de uma lista de números em um único comando? para um exemplo de uso de R que é semelhante ao seu exemplo.