用R语言做数据分析——单因素方差分析多重比较和评估检验
bigegpt 2024-10-12 05:09 10 浏览
例子:以R语言multcomp包中的cholesterol数据集为例,50名患者均接收降低胆固醇药物治疗(trt)五种疗法中的一种疗法。其中三种治疗条件使用药物相同,分别是20mg一天一次(1time)、10mg一天两次(2times)和5mg一天四次(4times)。剩下的两种方式(drugD和drugE)代表候选药物。哪种药物疗法降低胆固醇最多呢?
>library(multcomp)
>attach(cholesterol)
>ge zu yang ben da xiao
>table(trt)
>#各组样本大小
>aggregate(response,by=list(trt),FUN=mean)
>#各组均值
>aggregate(response,by=list(trt),FUN=sd)
>#各组标准差
>fit<-aov(response~trt)
>#使用上一章方差分析表函数“anova.tab.R ”
>source('anova.tab.R')
>anova.tab(fit)
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
Total 49 1820.1
---
Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1
#绘制各组均值及其置信区间的图形
>library(gplots)
>plotmeans(response~trt,xlab = "Treatment",ylab = "Response",main="Mean Plot\nwith 95% CI")
>detach(cholesterol)
和《用R语言做数据分析——单因素方差分析》中方差分析不同的是,我们使用了gplots包中的plotmeans()可以用来绘制带有置信区间的组均值图形,上述图形中展示了带有95%的置信区间的各疗法均值,可以清楚看到它们之间的差异。
多重比较
虽然anova()函数对各疗法的F检验表明了五种药物疗法效果不同,但是并没有告诉我们哪种疗法与其他疗法不同。多重比较可以解决这个问题,TukeyHSD()函数提供了各组均值差异的成对检验
> TukeyHSD(fit)
Tukey multiple comparisons of means
95% family-wise confidence level
Fit: aov(formula = response ~ trt)
$trt
diff lwr upr p adj
2times-1time 3.44300 -0.6582817 7.544282 0.1380949
4times-1time 6.59281 2.4915283 10.694092 0.0003542
drugD-1time 9.57920 5.4779183 13.680482 0.0000003
drugE-1time 15.16555 11.0642683 19.266832 0.0000000
4times-2times 3.14981 -0.9514717 7.251092 0.2050382
drugD-2times 6.13620 2.0349183 10.237482 0.0009611
drugE-2times 11.72255 7.6212683 15.823832 0.0000000
drugD-4times 2.98639 -1.1148917 7.087672 0.2512446
drugE-4times 8.57274 4.4714583 12.674022 0.0000037
drugE-drugD 5.58635 1.4850683 9.687632 0.0030633
> par(las=2)
> par(mar=c(5,8,4,2))
> plot(TukeyHSD(fit))
从中可以得出结论:1time和2times的均值差异不显著(p=0.138),而1time和4times间的差异非常显著(p<0.001)。
multcomp包中的glht()函数提供了多重均值比较更为全面的方法,既适用于线性模型,也适用于广义线性模型,下面的代码重现了Tukey HSD,并用箱线图对结果进行展示:
> tuk<-glht(fit,linfct=mcp(trt="Tukey"))
> plot(cld(tuk,level=0.05),col="lightgrey")
其中cld()函数中的level选项设置了使用的显著水平(0.05,即95%的置信区间)。有相同字母的组说明均值差异不显著。可以看到:1time和2times差异不明显(有相同的字母a),2times和4times差异也不显著(有相同的字母b),而1time和4times差异显著(没有共同的字母)。
最后可得出结论:使用降低胆固醇的药物时,一天四次5mg剂量比一天一次20mg剂量效果更佳,也优于候选药物drugD,但药物drugE比其他药物和疗法都更优。
评估检验的假设条件
我们对于结果的信心依赖于做统计检验时数据满足假设条件的程度,单因素方差分析中,我们假设因变量服从正态分布,各组方差想的呢个,可以使用Q-Q图来检验正态性假设:
> library(car)
> qqPlot(lm(response~trt,data=cholesterol),simulate = TRUE,main = "Q-Q Plot", labels = FALSE)
数据落在95%的置信区间范围内,说明满足正态性假设。
R语言提供了一些可用来作方差齐性检验的函数,例如,可以通过如下代码来做Bartlett检验:
> bartlett.test(response~trt,data = cholesterol)
Bartlett test of homogeneity of
variances
data: response by trt
Bartlett's K-squared = 0.57975, df = 4,
p-value = 0.9653
Bartle检验表明五组的方差并没有显著不同(p=0.97)。因为方差齐性分析对离群点非常敏感,可利用car包中的outlierTest()函数来检测离群点:
> outlierTest(fit)
No Studentized residuals with Bonferonni p < 0.05
Largest |rstudent|:
rstudent unadjusted p-value Bonferonni p
19 2.251149 0.029422 NA
从输出结果来看,并没有证据说明数据中含有离群点(当p>1时将产生NA)。因此,根据Q-Q图、Bartlett检验和离群点检验,该数据可以用anova模型拟合达到很好的效果。
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