R语言置换检验

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R语言置换检验

2024-03-15 18:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

原文地址:http://blog.csdn.net/gdyflxw/article/details/54141629 置换检验

  双样本均值检验的时候,假设检验的方法就是,检查正态性、独立性、方差齐性,分别对应的参数非参数方法进行假设检验,但是,这些方法都要求样本数必须有多少多少,但是,由于试验时,各种条件的限制,导致样本量过小,此时以上方法几乎都会失真,置换检验就应运而生了。    Permutation test 置换检验是Fisher于20世纪30年代提出的一种基于大量计算 (computationally intensive),利用样本数据的全(或随机)排列,进行统计推断的方法,因其对总体分布自由,应用较为广泛,特别适用于总体分布未知的小样本资料,以及某些难以用常规方法分析资料的假设检验问题。在具体使用上它和Bootstrap Methods类似,通过对样本进行顺序上的置换,重新计算统计检验量,构造经验分布,然后在此基础上求出P-value进行推断。    置换检验的操作方法:假设有两组待检数据,A组有m个数据,B组有n个数据,均值差为d0,现把所有数据放在一起进行随机抽取,抽出m个放入A组,剩下n个放入B组,计算A、B两组的均值差记为d1,再放在一起进行随机重抽m、n两组,得到均值差记为d2,重复这个步骤k次得到(d3……dk),于是d1……dk可以画出一张正态图,然后看d0落在什么方,若落在置信水平之外,即可以显著说明它们是有差异的。    R代码如下:

a library(multcomp) >summary(aov(response~trt,data=cholesterol))   Df Sum Sq  Mean Sq  F value Pr(>F) trt 4 1351.4   337.8    32.43  9.82e-13 *** Residuals 45 468.8 10.4 oneway_test() K样本置换检验 > oneway_test(response ~ trt, data = cholesterol, distribution = approximate(B = 9999))   Approximative K-Sample Fisher-Pitman Permutation Test data: response by trt (1time, 2times, 4times, drugD, drugE) chi-squared = 36.381, p-value < 2.2e-16 chisq.test() 卡方列联表均值差异检验 > chisq.test(xtabs(~Treatment+Improved,Arthritis))    Pearson’s Chi-squared test data: xtabs(~Treatment + Improved, Arthritis) X-squared = 13.055, df = 2, p-value = 0.001463 chisq_test() 卡方置换检验 > chisq_test(Treatment ~ Improved, data = transform(Arthritis, Improved = as.factor(as.numeric(Improved))),distribution = approximate(B = 9999))    Approximative Pearson Chi-Squared Test data: Treatment by Improved (1, 2, 3) chi-squared = 13.055, p-value = 0.0012 mantelhaen.test() 分层卡方检验,看是否把相关因素划分出去 > mytable mantelhaen.test(mytable)     Cochran-Mantel-Haenszel test data: mytable Cochran-Mantel-Haenszel M^2 = 14.632, df = 2, p-value = 0.0006647 cmh_test() 分层卡方置换检验,看是否把相关因素划分出去 > cmh_test(mytable)    Asymptotic Generalized Cochran-Mantel-Haenszel Test data: Improved by Treatment (Placebo, Treated)  stratified by Sex chi-squared = 14.632, df = 2, p-value = 0.0006647 cor() spearman等级相关系数 > with(states,cor(Illiteracy,Murder,method=”spearman”)) [1] 0.6723592 spearman_test() 数值独立性置换检验(两数值变量独立即不相关) > spearman_test(Murder~Illiteracy,data=states)    Asymptotic Spearman Correlation Test data: Murder by Illiteracy Z = 4.7065, p-value = 2.52e-06 alternative hypothesis: true rho is not equal to 0 t.test(paired=T) 非独立样本的配对t检验,检验均值是否相等 > with(MASS::UScrime,t.test(U1,U2,paired=TRUE))      Paired t-test data: U1 and U2 t = 32.407, df = 46, p-value < 2.2e-16 alternative hypothesis: true difference in means is not equal to 0 95 percent confidence interval: 57.67003 65.30870 sample estimates: mean of the differences  61.48936 wilcoxsign_test() wilcox符号秩置换检验,检验均值是否相等 > wilcoxsign_test(U1 ~ U2, data = MASS::UScrime,distribution = “exact”)    Exact Wilcoxon-Pratt Signed-Rank Test data: y by x (pos, neg)  stratified by block Z = 5.9691, p-value = 1.421e-14 alternative hypothesis: true mu is not equal to 0 friedman_test() 多组别独立性置换检验,检验均值是否相等 > USc USc$U3friedman_test(value~variable|ID,data=transform(reshape::melt(data.frame(USc,ID=seq(1,47)),id.vars=”ID”),ID=as.factor(ID)))       Asymptotic Friedman Test data: value by variable (U1, U2, U3)  stratified by ID chi-squared = 51.384, df = 2, p-value = 6.953e-12

  coin包的介绍至此结束,当然还有一个lbl_test()函数未列出,暂时还不晓得有什么用,以后再说。

lmPerm包置换检验 lmPerm包介绍

  lmPerm包可以做非正态理论检验,包含的函数为lmp()以及aovp()两个,它们与lm()和aov()类似,只是多了一个perm参数(perm=”Exact”,”Prob”,”SPR”),参数值”Exact”根据所有可能的排列组合生成精确检验,”Prob”从所有可能的排列中不断抽样,直至估计的标准差在估计的p值0.1之下,判停准则由可选的Ca参数控制,SPR使用贯序概率比检验来判断何时停止抽样。若观测数大于10,perm=”Exact”会自动转化为perm=”Prob”,因为精确检验只适用于小样本问题。    因为只涉及了两个函数,这个包就不贴代码和结果,仅说明一下差异是什么,

回归(简单、多项式、多元)

  首先是lm与lmp,除了函数的用法多了个perm参数之外,所得结果模板(注意,是模板,而非结果,结果出现差异应该去找数据的问题,如两者结果不一致,则需要重新审视数据的可靠性)存在差异:    1)少了常数项,但可以通过各变量均值求得,注意,使用coefficients(fit)所得的常数项是错的! 根据回归线必过均值点的定义,可以使用各变量的均值来计算其常数项。如多元分析中的例子计算方式为:

mean(states$Murder)-sum(colMeans(states)[names(coefficients(fit)[c(-1)])]*(coefficients(fit)[c(-1)]))

  2)回归系数项中多了Iter一栏,它表示要达到判停准则所需要的迭代次数。

方差分析

  与回归一致,所有使用aov分析的地方都可以使用aovp来代替,区别就是,aov用的是F统计量,而aovp使用的是置换法,Iter为判停准则的迭代次数。    需要注意的是,aovp使用的是唯一平方和方法,每种效应根据其它效应进行调整,而aov使用的是序贯平方平法,每种效应根据先出现的效应进行调整,这两个方法在不平衡设计中所得结果不同,越不平衡的设计,差异越大。可以在aovp函数里加入参数seqs=TRUE可以生成序贯平方和的计算结果。    

点评

  置换检验真正发挥功用的地方是处理非正态数据(如分布偏倚很大)、存在离群点、样本很小或无法做参数检验等情况。不过,如果初始样本对感兴趣的总体情况代表性很差,即使是置换检验也无法提高推断效果。    

自助法

  置换检验主要用于生成检验零假设的p值,它有助于回答“效应是否存在”这样的问题。不过,置换方法对于获取置信区间和估计测量精度是比较困难的。幸运的是,这正是自助法大显神通的地方。    自助法的步骤:    1. 一个样本数为n的样本,进行m次有放回抽样;    2. 计算并记录样本统计量(比如均值、方差、甚至t检验量等,可以一个,可以多个);    3. 重复1000到2000次,或者更多,并把它们从小到大进行排序;    4. 根据双尾95%分位点,即2.5%和97.5%分位数,即为95%置信区间的下限和上限。

boot包

  boot包可以进行自助法抽检,并生成相应的置信区间。    主要的步骤如下:    1. 定义函数,返回一个统计值或一个向量(多个统计值),函数要包括indices参数,以便boot()函数用它从每个重复中选择实例,主要是stype参数,默认为i(索引值),还有f(频率)和w(权重),indices可以简定为i;    2. 用boot(data,sitisctic,R,……)函数生成一个bootobject。    3. 使用boot.ci(bootobject,conf,type)生成置信区间,其中conf定义置信区间,type定义置信区间类型(即计算方法),包含norm、basic、stud、perc、bca和all(其中norm为正态分布的置信区间计算方法,约两个标准差距离,perc为上下分位数计算方法,stud为t分布计算方法),若返回值为向量,则利用index参数来指定某个变量的置信区间。    4. 其它相关数据:比如bootobject t0为原始数据得到的统计量值,bootobject t为重复R次的统计量值(一个“R*统计量个数”的矩阵)

  最后谨记:置换检验和自助法并不是万能的,它们无法将烂数据转化为好数据。当初始样本对于总体情况的代表性不佳,或者样本量过小而无法准确地反映总体情况,这些方法也是爱莫能助。



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