선형 혼합 효과 모델링의 특별한 경우로서의 쌍 대차 t- 검정


20

쌍을 이루는 t- 검정 은 단방향 반복 측정 (또는 개체 내) 분산 분석과 선형 혼합 효과 모델의 특별한 경우이며 lme () 함수를 사용하여 R의 nlme 패키지 아래 그림과 같이.

#response data from 10 subjects under two conditions
x1<-rnorm(10)
x2<-1+rnorm(10)

# Now create a dataframe for lme
myDat <- data.frame(c(x1,x2), c(rep("x1", 10), rep("x2", 10)), rep(paste("S", seq(1,10), sep=""), 2))
names(myDat) <- c("y", "x", "subj")

다음 쌍의 t- 검정을 실행할 때 :

t.test(x1, x2, paired = TRUE)

이 결과를 얻었습니다 (임의의 생성기로 인해 다른 결과가 나타납니다).

t = -2.3056, df = 9, p-value = 0.04657

분산 분석법을 사용하면 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

summary(aov(y ~ x + Error(subj/x), myDat))

# the F-value below is just the square of the t-value from paired t-test:
          Df  F value Pr(>F)
x          1  5.3158  0.04657

이제 두 조건에 대해 양의 명확한 대칭 상관 행렬을 가정하여 다음 모델에서 lme에서 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

summary(fm1 <- lme(y ~ x, random=list(subj=pdSymm(form=~x-1)), data=myDat))

# the 2nd row in the following agrees with the paired t-test
# (Intercept) -0.2488202 0.3142115  9 -0.7918878  0.4488
# xx2          1.3325786 0.5779727  9  2.3056084  0.0466

또는 두 조건의 상관 행렬에 대한 복합 대칭을 가정 할 때 다른 모델 :

summary(fm2 <- lme(y ~ x, random=list(subj=pdCompSymm(form=~x-1)), data=myDat))

# the 2nd row in the following agrees with the paired t-test
# (Intercept) -0.2488202 0.4023431  9 -0.618428  0.5516
# xx2          1.3325786 0.5779727  9  2.305608  0.0466

쌍으로 된 t- 검정과 일방향 반복 측정 ANOVA를 사용하여 기존 셀 평균 모델을 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

Yij = μ + αi + βj + εij, i = 1, 2; j = 1, ..., 10

여기서 i 인덱스 조건, j 인덱스 대상, Y ij 는 반응 변수, μ는 전체 평균에 대한 고정 효과에 대해 상수, α i 는 조건에 대한 고정 효과, β j 는 N (0, σ에 따른 대상에 대한 랜덤 효과 임) p 2 ) (σ p 2 는 모집단 분산)이고, ε ij 는 N (0, σ 2 ) 다음에 잔차입니다 (σ 2 는 개체 내 분산).

위의 셀 평균 모델이 lme 모델에는 적합하지 않다고 생각했지만 문제는 상관 관계 구조 가정을 사용하는 두 개의 lme () 접근법에 대한 합리적인 모델을 제시 할 수 없다는 것입니다. 그 이유는 lme 모델이 위의 셀 평균 모델보다 랜덤 구성 요소에 더 많은 매개 변수를 가지고있는 것 같습니다. 적어도 lme 모델은 gl이 할 수없는 것과 정확히 동일한 F- 값, 자유도 및 p- 값을 제공합니다. 보다 구체적으로, gls는 각 대상체에 2 개의 관찰이 있다는 사실을 설명하지 않기 때문에 부정확 한 DF를 제공하므로, DF가 많이 부풀려진다. lme 모델은 임의 효과를 지정하는 데 과도하게 매개 변수화되어 있지만 모델이 무엇이며 매개 변수가 무엇인지 모르겠습니다. 따라서 문제는 여전히 해결되지 않았습니다.


2
무엇을 요구하는지 잘 모르겠습니다. 적어 둔 모델은 정확히 임의 효과 모델의 모델입니다. 상관 구조는 랜덤 효과에 의해 유도됩니다.
— Aaron-복원 모니카

@Aaron : 셀 평균 모델의 랜덤 효과 βj는 N (0, σp2)을 따라야합니다. 혼란 스러워요.이 용어 (하나의 매개 변수 σp2 만)가 lme 모델의 복합 대칭 또는 간단한 대칭 행렬로 지정된 상관 관계 구조와 어떻게 관련되어 있습니까?
— bluepole

동일한 주제에 대한 두 관측치 간의 상관 관계를 계산할 때 상관 관계는 동일한 beta_j를 공유하므로 sigma_p ^ 2 / (sigma_p ^ 2 + sigma ^ 2)입니다. Pinheiro / Bates p.8 참조. 또한 작성한 임의 효과 모델은 복합 대칭과 같습니다. 다른 상관 관계 구조는 더 복잡합니다.
— Aaron-복원 모니카

@Aaron : 감사합니다! 나는 이미 이것에 대해 Pinheiro / Bates 책을 읽었지만 여전히 무작위 효과에 대한 세부 사항을 알 수 없었습니다. 더 관련성이 높은 페이지는 P.160-161의 예인 것 같습니다. 또한 복합 대칭 가정을 사용한 lme ()의 랜덤 효과 출력은 셀 평균 모델에서 σp2 / (σp2 + σ2)의 상관과 일치하지 않는 것 같습니다. 여전히 모델 구조에 대해 당황했습니다.
— bluepole

복합 대칭과 거의 같습니다. CS에서 상관 관계는 음수 일 수 있지만 무작위 효과는 아닙니다. 아마도 그것은 당신의 차이가 발생하는 곳입니다. 자세한 내용은 stats.stackexchange.com/a/14185/3601 을 참조하십시오.
— Aaron-복원 모니카

답변:


16

모형의 동등성은 다음과 같이 동일한 개인의 두 관측치 간의 상관 관계를 계산하여 관찰 할 수 있습니다.

와이나는제이=μ+α나는+β제이+ϵ나는제이β제이∼엔(0,σ피2)ϵ나는제이∼엔(0,σ2)씨영형V(와이나는케이,와이제이케이)=씨영형V(μ+α나는+β케이+ϵ나는케이,μ+α제이+β케이+ϵ제이케이)=씨영형V(β케이,β케이)=σ피2Vㅏ아르 자형(와이나는케이)=Vㅏ아르 자형(와이제이케이)=σ피2+σ2σ피2/(σ피2+σ2)

그러나 랜덤 효과 모델이 상관 관계를 강제로 강제하기 때문에 모델이 완전히 동일하지는 않습니다. CS 모델과 t-test / anova 모델은 그렇지 않습니다.

편집 : 다른 두 가지 차이점도 있습니다. 먼저, CS 및 랜덤 효과 모델은 랜덤 효과에 대한 정규성을 가정하지만 t- 검정 / 노바 모델은 그렇지 않습니다. 두 번째로, CS 및 랜덤 효과 모델은 최대 가능성을 사용하여 적합하고, anova는 평균 제곱을 사용하여 적합합니다. 모든 것이 균형을 잡으면 그들은 동의 할 것이지만, 더 복잡한 상황에서는 반드시 그런 것은 아닙니다. 마지막으로, 나는 모델이 얼마나 동의하는지에 대한 척도로 다양한 적합치의 F / df / p 값을 사용하는 것에주의 할 것이다. 자세한 내용은 Doug Bates의 df에 대한 유명한 스크 리드를 참조하십시오. (편집 종료)

R코드 의 문제 는 상관 관계 구조를 올바르게 지정하지 않았다는 것입니다. 상관 관계 구조 gls와 함께 사용해야 합니다 corCompSymm.

주제 효과가 있도록 데이터를 생성하십시오.

set.seed(5)
x <- rnorm(10)
x1<-x+rnorm(10)
x2<-x+1 + rnorm(10)
myDat <- data.frame(c(x1,x2), c(rep("x1", 10), rep("x2", 10)), 
                    rep(paste("S", seq(1,10), sep=""), 2))
names(myDat) <- c("y", "x", "subj")

다음은 랜덤 효과와 복합 대칭 모델에 어떻게 적합한 지 보여줍니다.

library(nlme)
fm1 <- lme(y ~ x, random=~1|subj, data=myDat)
fm2 <- gls(y ~ x, correlation=corCompSymm(form=~1|subj), data=myDat)

랜덤 효과 모델의 표준 오류는 다음과 같습니다.

m1.varp <- 0.5453527^2
m1.vare <- 1.084408^2

CS 모델의 상관 및 잔차 분산은 다음과 같습니다.

m2.rho <- 0.2018595
m2.var <- 1.213816^2

그리고 그들은 기대되는 것과 같습니다.

> m1.varp/(m1.varp+m1.vare)
[1] 0.2018594
> sqrt(m1.varp + m1.vare)
[1] 1.213816

다른 상관 관계 구조는 일반적으로 임의 효과에 적합하지 않고 단순히 원하는 구조를 지정하여 적용됩니다. 한 가지 일반적인 예외는 AR (1) + 랜덤 효과 모델이며, 이는 동일한 랜덤 효과에 대한 관측치간에 랜덤 효과와 AR (1) 상관 관계가 있습니다.

EDIT2 : 세 가지 옵션에 적합하면 gls가 관심있는 용어에 대한 df를 추측하지 않는다는 점을 제외하고는 정확히 동일한 결과를 얻습니다.

> summary(fm1)
...
Fixed effects: y ~ x 
                 Value Std.Error DF   t-value p-value
(Intercept) -0.5611156 0.3838423  9 -1.461839  0.1778
xx2          2.0772757 0.4849618  9  4.283380  0.0020

> summary(fm2)
...
                 Value Std.Error   t-value p-value
(Intercept) -0.5611156 0.3838423 -1.461839  0.1610
xx2          2.0772757 0.4849618  4.283380  0.0004

> m1 <- lm(y~ x + subj, data=myDat)
> summary(m1)
...
            Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)   
(Intercept)  -0.3154     0.8042  -0.392  0.70403   
xx2           2.0773     0.4850   4.283  0.00204 **

(차단은 기본 코딩으로 모든 주제의 평균이 아니라 첫 번째 주제의 평균이기 때문에 여기에서 다릅니다.)

최신 lme4패키지는 동일한 결과를 제공하지만 p- 값을 계산하지도 않습니다.

> mm1 <- lmer(y ~ x + (1|subj), data=myDat)
> summary(mm1)
...
            Estimate Std. Error t value
(Intercept)  -0.5611     0.3838  -1.462
xx2           2.0773     0.4850   4.283

도움에 다시 한번 감사드립니다! 나는 세포 평균 모델의 관점 에서이 부분을 알고 있습니다. 그러나 복합 대칭을 사용한 lme ()의 결과는 다음과 같습니다. 랜덤 효과 : 공식 : ~ x-1 | subj 구조 : 복합 대칭 StdDev xx1 1.1913363 xx2 1.1913363 Corr : -0.036 잔차 0.4466733. 나는 여전히 셀 평균 모델 로이 숫자를 조정할 수 없습니다. 이 숫자들을 정리하는 데 도움을 줄 수 있습니까?
— bluepole

또한 간단한 대칭 행렬과 같은 다른 상관 구조를 사용한 모델 공식에 대한 생각이 있습니까?
— bluepole

내가 참조! 다른 스레드에서 귀하의 답변을보다 신중하게 읽으십시오. 이전에 gls () 사용에 대해 생각했지만 상관 사양을 파악하지 못했습니다. 랜덤 효과에 대한 복합 대칭 구조를 갖는 lme ()가 여전히 동일한 t- 값을 렌더링한다는 점은 흥미롭지 만, 랜덤 효과에 대한 분산은 직접 해석 할 수없는 것 같습니다. 도와 주셔서 감사합니다!
— bluepole

두 번째 생각 후에도 원래의 혼란이 여전히 해결되지 않은 것 같습니다. 예, gls는 상관 구조와 평균 제곱 럼을 보여주기 위해 사용될 수 있지만, 그 아래 모델은 paired-t 테스트 (또는 일방적 인 반복 측정 ANOVA)와 정확히 동일하지 않으며, 이러한 평가는 다음과 같습니다. 잘못된 DF 및 gl의 p- 값이 추가로 지원됩니다. 반대로 복합 대칭을 사용한 lme 명령은 동일한 F, DF 및 p- 값을 제공합니다. 내가 당황하는 유일한 것은 원래 게시물에 명시된대로 lme 모델이 어떻게 매개 변수화되는지입니다. 거기에 도움이 있습니까?
— bluepole

어떻게 도와 드릴 지 잘 모르겠습니다. 두 가지 다른 모델이 무엇인지 생각할 수 있습니까? 당신이 그들 중 하나에 대해 어떻게 생각하는지에 문제가 있습니다.
— 복원 모니카

3

mixed패키지 afex에서 함수 를 사용하여 Kenward-Roger df 근사값으로 p 값을 반환하는 것을 고려할 수도 있습니다 .

library(afex)
mixed(y ~ x + (1|subj), type=3,method="KR",data=myDat) 

또는

library(lmerTest)
options(contrasts=c('contr.sum', 'contr.poly'))
anova(lmer(y ~ x + (1|subj),data=myDat),ddf="Kenward-Roger")
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책과 개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.