医学统计学(方差分析).ppt

19名要求持续镇痛的病人被随机分到四组 接受同剂量的吗啡 6小时后测量血中游离吗啡水平 问四组之间有无差别 用什么检验方法 总体 样本 已知多组样本的信息推断多个总体的信息 均数 统计推断 随机抽样 参数 统计量 x s p 参数估计假设检验 方差分析ANOVA ANALYSISOFVARIANCE 第6章 均方分析 变异数分析 F检验 由英国著名统计学家R A Fisher推导出来的 是对变异的来源及大小进行分析的一种统计方法 教学目的与要求 掌握 1 方差分析的基本思想2 方差分析前提条件3 多重比较4 重复测量资料方差分析了解 1 两因素方差分析 教学内容提要 重点讲解 方差分析的基本思想完全随机设计的单因素方差分析多个样本均数间的多重比较介绍 方差分析的原理与条件 不同的是 方差分析用于多个均数的比较 与前面讲过的假设检验相同的是 方差分析的任务 统计量F的计算F MS1 MS2 t检验是用t值进行假设检验 方差分析则用F值进行假设检验 方差分析的基本概念 7 方差分析的几个概念和符号 什么是方差 离均差离均差之和离均差平方和 SS 方差 2S2 也叫均方 MS 标准差 S自由度 关系 MS SS 方差分析的基本概念 方差分析的几个符号 xij表示第i组第j个观察值 表示第i组的均数 表示总平均 基本思想 先假设 H0 各总体均数全相等 将总变异SS总 按设计和资料分析的需要分为两个或多个组成部分 其自由度也相应地分为几个部分 以随机误差为基础 按F分布的规律作统计推断 目的 推断总体平均数是否相等 独特之处 不直接比较均数 利用变异的关系进行判别 第一节完全随机设计资料的方差分析 单因素方差分析 一 方差分析的意义前一章介绍了两个样本均数比较的假设检验方法 但对于3个 4个 5个均数或更多个的比较 t检验或u检验就无能为力了 或许有人会想起将几个均数两两比较分别得到结论 再将结论综合 其实这种做法是错误的 试想假设检验时通常检验水平 取0 05 亦即弃真概率控制在0 05以内 但将3个均数作两两比较 要作三次比较 可信度成为 1 0 05 3 0 857 四均数比较作6次 1 0 05 6 0 735五均数比较作10次 1 0 05 10 0 599六均数比较作15次 1 0 05 15 0 463鉴于以上的原因 对多组均数的比较问题我们采用方差分析 例1某克山病区测得11例克山病患者与13名健康人的血磷值 mmol L 如下 问该地急性克山病患者与健康人的血磷值是否不同 患者x1 0 841 051 201 201 391 531 671 801 872 072 11健康人x2 0 540 640 640 750 760 811 161 201 341 351 481 561 87 二 单因素方差分析的基本思想 24名患者与健康人的血磷值大小不等 称这种变异为总变异 可以用总离均差平方和及N来反映 总自由度 T N 1 SS总 2个组各组内部血磷值也不等 这种变异称为组内变异 其大小可用2组组内离均差平方和及各组例数ni来反映 自由度 组内 N k k是组数 它反映了随机误差 SS组内 2组样本均数也不等 这种变异称为组间变异 反映了克山病对血磷值的影响和随机误差 组间变异 betweengroupsvariation SS组间 v组间 k 1 三者关系 SS总 SS组间 SS组内v总 组间 组内 直观意义 检验统计量F统计量具2个自由度 v1 v2 如果两组样本来自同一总体 即克山病患者与健康人血磷值相同 则理论上F应等于1 因为两种变异都只反映随机误差 由于抽样误差的影响 F值未必是1 但应在1附近 若F较小 我们断定2组均数相同 或者说来自同一总体 F较大 推断不是来自同一总体 三 优点 不受比较的组数限制 可同时分析多个因素的作用 可分析因素间的交互作用 四 方差分析的应用条件 各样本是相互独立的随机样本 各样本来自正态总体 各组总体方差相等 即方差齐 例题1 某社区随机抽取糖尿病患者 IGT异常和正常人共30人进行载脂蛋白测定 结果如下 问3种人的载脂蛋白有无差别 问题 1 分析问题 选择合适的统计方法2 如何整理资料 输入计算机 列举存在的变异及意义 全部的30个实验数据之间大小不等 存在变异 总变异 各个组间存在变异 反映处理因素之间的作用 以及随机误差 各个组内个体间数据不同 反映了观察值的随机误差 各种变异的表示方法 各种变异的表示方法 SS总 总MS总 SS组内 组内MS组内 SS组间 组间MS组间 三者之间的关系 SS总 SS组内 SS组间 总 组内 组间 统计量F的计算及其意义 F MS组间 MS组内自由度 组间 组数 1 组内 N 组数通过这个公式计算出统计量F 查表求出对应的P值 与 进行比较 以确定是否为小概率事件 各种符号的意义 xij第i个组的第j个观察值i 1 2 kj 1 2 nini第i个处理组的例数 ni Nxi x x 2 1 建立假设和确定检验水准H0 三种人载脂蛋白的总体均数相等 1 2 3H1 三组总体均数不相等或不全等 0 05 2 计算C x 2 N 3309 5 2 30 365093SS总 x2 C 372974 87 365093 7881 87 SS组内 SS总 SS组间 7881 87 2384 026 5497 84 总 N 1 29 组间 k 1 2 组内 N k 30 3 27MS组间 SS组间 组间 1192 01MS组内 SSE 组内 203 62F MS组间 MS组内 5 8540 3 查方差分析F界值表8确定P值 F0 05 2 30 3 32 F0 01 2 30 5 39 4 作出推断结论按 0 05水平拒绝H0 接受H1 认为三种人载脂蛋白的总体均数不同 组间 组内 完整书写方差分析的过程 建立假设 确定显著性水平 H0 3种载脂蛋白的总体均数相等 1 2 3H1 3种载脂蛋白的总体均数不相等或不全相等H1与H0相反 如果H0被否决 则H1成立 常取0 05 区分大小概率事件的标准 计算统计量F 根据资料的性质选择不同的统计方法 注意都是在H0成立的条件下进行计算 计算概率值P P的含义 做出推论 统计学结论和专业结论 四组不同摄入方式人的血浆游离吗啡水平 单因素方差分析 完整书写方差分析的过程 建立假设 H0 4组病人血浆游离吗啡水平 1 2 3 4H1 4组病人血浆游离吗啡水平的总体均数全不相等或不全相等确定显著性水平 用 表示 区分大小概率事件的标准 常取0 05 计算统计量F F MS组间 MS组内根据资料的性质选择不同的统计方法 注意都是在H0成立的条件下进行计算 计算概率值P P的含义 做出推论 统计学结论和专业结论 单因素方差分析 方差分析表 练习 完成该表 例题 写在黑板上 单因素方差分析 F0 05 3 15 3 29 F与它所对应的P值成反比 结合上题理解 方差分析的基本思想 将全部观察值总的离均差平方和 SS总 及自由度 总 分解为两个或多个部分除随机误差外 其余每个部分的变异可由某个因素的作用加以解释通过比较不同来源变异的均方 MS 借助F分布做出统计推断 从而了解该因素对观察指标有无影响 存在问题 方差分析结果提供了各组均数间差别的总的信息 但尚未提供各组间差别的具体信息 即尚未指出哪几个组均数间的差别具有或不具有统计学意义 为了得到这方面的信息 可进行多个样本间的两两比较 第二节多个样本均数间的两两比较 又称多重比较 多重比较即多个样本均数间的两两比较 由于涉及的对比组数大于2 若仍用t检验作每两个对比组比较的结论 会使犯第一类错误的概率 增大 即可能把本来无差别的两个总体均数判为有差别 4个样本均数间的比较 多重比较方法 两两比较 对满足正态性和方差齐性的资料 多个实验组分别与一个对照组比较常用Dunnet t法 每两个均数比较常用最小显著差值法 LSD t SNK Student Newman Keuls 即q检验 法 Tukey 可靠显著差异 法 Bonferroni t 校正最小显著差异 调整法等 对不满足正态性和方差齐性的资料 可通过数据变换 使满足方差分析的应用条件 可用非参数检验法 如秩和检验 可采用近似检验 如Tamhane sT2 Dunnett sT3 Games Howell Dunnett sC等方法 检验统计量q检验界值表见附表10 它有两个自由度 一个是m k m指将方差分析中的几组样本均数按从小到大顺序排列后要比较的A B两组所包含的组数 包含A B两组本身 另一个是 e 误差 一 q检验 又称Student Newman Keuls法 简称SNK q检验法 常用于多个样本均数间每两个均数的比较 例 续例3 对三个人群的载脂蛋白作两两比较 1 建立假设 确定检验水准H0 任2个人群的载脂蛋白的总体均数相等 即 A BH1 A B 0 05 2 样本均数排序将3组样本均数从小到大 或从大到小 顺序排列 编上组次 并注上组别 组次123均数102 39105 45122 80组别IGT异常糖尿病患者正常人 3 列出两两均数比较的q检验计算表 从p值一栏中可以推断出结论 即IGT异常 1 与正常人 3 的载脂蛋白有差别 糖尿病患者 2 与正常人 3 的载脂蛋白有差别 二 LSD t检验 由Fisher提出 称为最小显著性差异法 在H0 i j假设下 t统计量检验 i与 j是否相同 df dfe 6 9 可查统计附表7确定概率P的大小 常用于多个样本均数间每两个均数的比较 三 Dunnett t检验 常用于多个实验组与一个对照组均数间的两两比较 实验组 对照组 可查统计附表9确定概率P的大小 四 Bonferroni t检验 Bonferront 6 12 假设比较次数为m 则 b m作为每次比较的水平 调整检验水准法 例题 对小白鼠喂以A B C三种不同的营养素 了解不同营养素的增重效果 以窝别作为区组特征 以消除遗传因素对体重增长的影响 现将同系同体重的24只小白鼠分为8个区组 每组3只 3周后测量增重结果 结果如下表 问3种不同营养素喂养后所增体重有无差别 方法 应用分层的思想 事先将全部受试对象按某种或某些特性分为若干个区组 使每个区组内的观察对象与研究对象的水平尽可能相近目的 减少了个体间差异对结果的影响 比成组设计更容易检验出处理因素间的差别 提高了研究效率 是配对资料的扩充 双因素方差分析 第三节随机区组 配伍组 设计的多个样本均数的比较 双因素方差分析 例题 对小白鼠喂以A B C三种不同的营养素 了解不同营养素的增重效果 以窝别作为区组特征 以消除遗传因素对体重增长的影响 现将同系同体重的24只小白鼠分为8个区组 每组3只 3周后测量增重结果 结果如下表 问3种不同营养素喂养后所增体重有无差别 分析变异 总变异组间变异误差 组内 变异配伍间变异 SS总 总 SS误差 误差MS误差 SS组间 组间MS组间 变异之间的关系 SS总 SS误差 SS组间 SS区间 总 误差 组间 区间 变异间的关系 SS区间 区间MS区间 统计量F的计算 F1 MS组间 MS误差F2 MS区间 MS误差自由度 组间 组数 1 3 1 2 区间 区数 1 8 1 7 误差 总 组间 区间 23 7 2 14 完整书写方差分析的过程 建立假设 确定显著性水平 H0 3种营养素喂养的小白鼠体重增量相等 1 2 3H1 3种营养素喂养的小白鼠体重增量不全相等 常取0 05 区分大小概率事件的标准 计算统计量F F1 MS组间 MS误差 计算概率值P P的含义 做出推论 统计学结论和专业结论 完整书写方差分析的过程 建立假设 确定显著性水平 H0 8窝小白鼠体重增量相等 1 2 3 H1 8窝小白鼠体重增量不相等或不全相等 常取0 05 区分大小概率事件的标准 计算统计量F F2 MS区间 MS误差 计算概率值P P的含义 做出推论 统计学结论和专业结论 课堂测验 一 1 研究人员在某县随机抽取了225名女婴 测量其出生体重 均数为3 20kg 标准差为0 44kg 请计算 该县女婴出生体重95 参考值范围该县女婴出生体重总体均数的95 可信区间 2 某研究人员从某地随机抽取了部分健康成人 并对其进行血红蛋白含量的测定 结果如下表 问该地健康成人男 女间血红蛋白含量有无差别 3 为研究A B C三种治疗缺铁性贫血的药物的疗效 某研究者将11例患者完全随机地分为三组 分别给予三种药物 治疗一个疗程后的结果如表5 3 请作统计分析