Для чего нужен критерий фишера

F-тест качества спецификации множественной регрессионной модели

Цель этой статьи — рассказать о роли степеней свободы в статистическом анализе, вывести формулу F-теста для отбора модели при множественной регрессии.

1. Роль степеней свободы (degree of freedom) в статистике

Имея выборочную совокупность, мы можем лишь оценивать числовые характеристики совокупности, параметры выбранной модели. Так не имеет смысла говорить о среднеквадратическом отклонении при наличии лишь одного наблюдения. Представим линейную регрессионную модель в виде:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Сколько нужно наблюдений, чтобы построить линейную регрессионную модель? В случае двух наблюдений можем получить идеальную модель (рис.1), однако есть в этом недостаток. Причина в том, что сумма квадратов ошибки (MSE) равна нулю и не можем оценить оценить неопределенность коэффициентов Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера. Например не можем построить доверительный интервал для коэффициента наклона по формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

А значит не можем сказать ничего о целесообразности использования коэффициента Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишерав данной регрессионной модели. Необходимо по крайней мере 3 точки. А что же, если все три точки могут поместиться на одну линию? Такое может быть. Но при большом количестве наблюдений маловероятна идеальная линейная зависимость между зависимой и независимыми переменными (рис. 1).

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Мы не знаем среднее генеральной совокупности, поэтому оцениваем его средним значением по выборке. Это стоит нам одну степень свободы.

Представим теперь что имеется 4 выборочных совокупностей (рис.3).

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишераРисунок 3

Каждая выборочная совокупность имеет свое среднее значение, определяемое по формуле Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера. И каждое выборочное среднее может быть оценено Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера. Для оценки мы используем 2 параметра Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера, а значит теряем 2 степени свободы (нужно знать 2 точки). То есть количество степеней свобод Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишераЗаметим, что при 2 наблюдениях получаем 0 степеней свободы, а значит не можем оценить коэффициенты модели и стандартные ошибки.

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

В общем случае количество степеней свободы для линейной регрессии рассчитывается по формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

2. Анализ дисперсии, F-тест

При выполнении основных предположений линейной регрессии имеет место формула:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

где Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера,

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера,

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

В случае, если имеем модель по формуле (1), то из предыдущего раздела знаем, что количество степеней свободы у SSTO равно n-1. Количество степеней свободы у SSE равно n-2. Таким образом количество степеней свободы у SSR равно 1. Только в таком случае получаем равенство Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера.

Масштабируем SSE и SSR с учетом их степеней свободы:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишераДля чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Получены хи-квадрат распределения. F-статистика вычисляется по формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Формула (9) используется при проверке нулевой гипотезы Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишерапри альтернативной гипотезе Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишерав случае линейной регрессионной модели вида (1).

3. Выбор линейной регрессионной модели

Известно, что с увеличением количества предикторов (независимых переменных в регрессионной модели) исправленный коэффициент детерминации увеличивается. Однако с ростом количества используемых предикторов растет стоимость модели (под стоимостью подразумевается количество данных которые нужно собрать). Однако возникает вопрос: “Какие предикторы разумно использовать в регрессионной модели?”. Критерий Фишера или по-другому F-тест позволяет ответить на данный вопрос.

Определим “полную” модель: Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(10)

Определим “укороченную” модель: Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(11)

Вычисляем сумму квадратов ошибок для каждой модели:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(12)

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(13)

Определяем количество степеней свобод Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(14)

Коэффициент детерминации из формулы (6):

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Из формулы (15) выразим SSE(F):

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

SSTO одинаково как для “укороченной”, так и для “длинной” модели. Тогда (14) примет вид:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Поделим числитель и знаменатель (14a) на SSTO, после чего прибавим и вычтем единицу в числителе.

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Используя формулу (15) в конечном счете получим F-статистику, выраженную через коэффициенты детерминации.

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

3 Проверка значимости линейной регрессии

Данный тест очень важен в регрессионном анализе и по существу является частным случаем проверки ограничений. Рассмотрим ситуацию. У линейной регрессионной модели всего k параметров (Сейчас среди этих k параметров также учитываем Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера).Рассмотрим нулевую гипотеза — об одновременном равенстве нулю всех коэффициентов при предикторах регрессионной модели (то есть всего ограничений k-1). Тогда “короткая модель” имеет вид Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера. СледовательноДля чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера. Используя формулу (14.в), получим

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Заключение

Показан смысл числа степеней свободы в статистическом анализе. Выведена формула F-теста в простом случае(9). Представлены шаги выбора лучшей модели. Выведена формула F-критерия Фишера и его запись через коэффициенты детерминации.

Можно посчитать F-статистику самому, а можно передать две обученные модели функции aov, реализующей ANOVA в RStudio. Для автоматического отбора лучшего набора предикторов удобна функция step.

Надеюсь вам было интересно, спасибо за внимание.

При выводе формул очень помогли некоторые главы из курса по статистике STAT 501

Источник

Критерий Фишера

Критерий Фишера (F-критерий, φ*-критерий, критерий наименьшей значимой разности) — апостериорный статистический критерий, используемый для сравнения дисперсий двух вариационных рядов, то есть для определения значимых различий между групповыми средними в установке дисперсионного анализа.

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Критерий Фишера широко применяется в задачах статистического оценивания, в частности в аналитической химии.

Содержание

Пример таблицы критических значений F-критерия для уровня значимости 0.05 [1]

См. также

Примечания

Внешние ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Критерий Фишера» в других словарях:

критерий Фишера — Fišerio kriterijus statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Veiksnio arba veiksnių sąveikos įtakos bandymo rezultatams patikimumo rodiklis. atitikmenys: angl. Fisher’s test rus. критерий Фишера … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

КРИТЕРИЙ ФИШЕРА — Показатель достоверности влияния изучаемых факторов на полученный результат. Определяется отношением факториальной вариансы к вариансе ошибок: где F показатель достоверности; || факториальная варианса; варианса ошибок. Уровень вероятности влияния … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

Критерий Фишера F-критерий — Критерий Фишера, F критерий * крытэрый Фішара, F крытэрый * Fisher’s criterion or F test критерий существенности индивидуального или совместного взаимодействия изучаемых факторов на конечный результат эксперимента. К. Ф. определяется отношением… … Генетика. Энциклопедический словарь

точный критерий Фишера — для таблицы сопряженности 22 используется при проверке гипотезы о независимости переменной строки и переменной столбца. В отличие от критерия хи квадрат, в котором уровень значимости рассчитывается на основе асимптотического распределения, в… … Словарь социологической статистики

F-критерий;критерий Фишера — Критерий, статистика которого подчиняется F распределению, если нулевая гипотеза верна. Примечание. Этот критерий применяется, например, для (см. дисперсионный анализ) : 1. проверки равенства дисперсий двух нормальных совокупностей на основе… … Словарь социологической статистики

Критерий φ* Фишера — Критерий Фишера (F критерий, φ* критерий, критерий наименьшей значимой разности) апостериорный статистический критерий, используемый для сравнения дисперсий двух вариационных рядов, то есть для определения значимых различий между групповыми… … Википедия

Критерий Краскела — Уоллиса предназначен для проверки равенства медиан нескольких выборок. Данный критерий является многомерным обобщением критерия Уилкоксона Манна Уитни. Критерий Краскела Уоллиса является ранговым, поэтому он инвариантен по отношению к любому… … Википедия

Критерий согласия Колмогорова — или Критерий согласия Колмогорова Смирнова статистический критерий, использующийся для определения того, подчиняются ли два эмпирических распределения одному закону, либо того, подчиняется ли полученное распределение предполагаемой модели.… … Википедия

Критерий Вальда — (максиминный критерий[1]) один из критериев принятия решений в условиях неопределённости. Критерий крайнего пессимизма. История Критерий Вальда был предложен Абрахамом Вальдом в 1955 году для выборок равного объема, а затем распространен на … Википедия

Критерий согласия Пирсона — Критерий Пирсона, или критерий χ² (Хи квадрат) наиболее часто употребляемый критерий для проверки гипотезы о законе распределения. Во многих практических задачах точный закон распределения неизвестен, то есть является гипотезой, которая… … Википедия

Источник

Критерий Фишера и Стьюдента

С помощью критерия Фишера оценивают качество регрессионной модели в целом и по параметрам.

Для этого выполняется сравнение полученного значения F и табличного F значения. F-критерия Фишера. F фактический определяется из отношения значений факторной и остаточной дисперсий, рассчитанных на одну степень свободы:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

где n — число наблюдений;

m — число параметров при факторе х.

F табличный — это максимальное значение критерия под влиянием случайных факторов при текущих степенях свободы и уровне значимости а.

Уровень значимости а — вероятность не принять гипотезу при условии, что она верна. Как правило а принимается равной 0,05 или 0,01.

Если Fтабл > Fфакт то признается статистическая незначимость модели, ненадежность уравнения регрессии.

Таблицы по нахождению критерия Фишера и Стьюдента

Таблицы значений F-критерия Фишера и t-критерия Стьюдента Вы можете посмотреть здесь.

Табличное значение критерия Фишера вычисляют следующим образом:

Для нахождения табличного значения критерия Стьюдента определяют число степеней свободы, которое определяется по формуле n — m — 1 и находят его значение при определенном уровне значимости (0,10, 0,05, 0,01).

Критерии Стьюдента

Для оценки статистической значимости модели по параметрам рассчитывают t-критерии Стьюдента.

Оценка значимости модели с помощью критерия Стьюдента проводится путем сравнения их значений с величиной случайной ошибки:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Случайные ошибки коэффициентов линейной регрессии и коэффициента корреляции определяются по формулам:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Сравнивая фактическое и табличное значения t-статистики и принимается или отвергается гипотеза о значимости модели по параметрам.

Зависимость между критерием Фишера и значением t-статистики Стьюдента определяется так

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Как и в случае с оценкой значимости уравнения модели в целом, модель считается ненадежной если tтабл > tфакт

Видео лекциий по расчету критериев Фишера и Стьюдента

Для более подробного изучения расчетов критериев Фишера и Стьюдента советуем посмотреть это видео

Лекция 1. Критерии и Гипотезы

Лекция 2. Критерии и Гипотезы

Лекция 3. Критерии и Гипотезы

Определение доверительных интервалов

Для построения доверительного интервала определяется предельная ошибка А для обоих показателей:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Формулы для нахождения доверительных интервалов выглядят так

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Прогнозное значение у определяется с помощью подстановки в
уравнение регрессии прогнозного значения х. Вычисляется средняя стандартная ошибка прогноза

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

и находится доверительный интервал

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Задача регрессионного анализа в предмете эконометрика состоит в анализе дисперсии изучаемого показателя y:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишераобщая сумма квадратов отклонений (TSS)

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишерасумма квадратов отклонений, обусловленная регрессией (RSS)

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишераостаточная сумма квадратов отклонений (ESS)

Долю дисперсии, обусловленную регрессией, в общей дисперсии показателя у характеризует коэффициент детерминации R, который должен превышать 50% (R 2 > 0,5). В контрольных по эконометрике в ВУЗах этот показатель рассчитывается всегда.

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Любые задачи по эконометрике решаются здесь

Источник

Библиотека постов MEDSTATISTIC об анализе медицинских данных

Ещё больше полезной информации в нашем блоге в Инстаграм @medstatistic

Критерии и методы

ТОЧНЫЙ КРИТЕРИЙ ФИШЕРА

– это критерий, который используется для сравнения двух и более относительных показателей, характеризующих частоту определенного признака, имеющего два значения. Исходные данные для расчета точного критерия Фишера обычно группируются в виде четырехпольной таблицы, но могут быть представлены и многопольной таблицей.

1. История разработки критерия

Впервые критерий был предложен Рональдом Фишером в его книге «Проектирование экспериментов». Это произошло в 1935 году. Сам Фишер утверждал, что на эту мысль его натолкнула Муриэль Бристоль. В начале 1920-х годов Рональд, Муриэль и Уильям Роуч находились в Англии на опытной сельскохозяйственной станции. Муриэль утверждала, что может определить, в какой последовательности наливали в ее чашку чай и молоко. На тот момент проверить правильность ее высказывания не представлялось возможным.

Это дало толчок идее Фишера о «нуль гипотезе». Целью стала не попытка доказать, что Муриэль может определить разницу между по-разному приготовленными чашками чая. Решено было опровергнуть гипотезу, что выбор женщина делает наугад. Было определено, что нуль-гипотезу нельзя ни доказать, ни обосновать. Зато ее можно опровергнуть во время экспериментов.

Было приготовлено 8 чашек. В первые четыре налито молоко сначала, в другие четыре – чай. Чашки были помешаны. Бристоль предложили опробовать чай на вкус и разделить чашки по методу приготовления чая. В результате должно было получиться две группы. История говорит, что эксперимент прошел удачно.

Благодаря тесту Фишера вероятность того, что Бристоль действует интуитивно, была уменьшена до 0.01428. То есть, верно определить чашку можно было в одном случае из 70. Но все же нет возможности свести к нулю шансы того, что мадам определяет случайно. Даже если увеличивать число чашек.

Эта история дала толчок развитию «нуль гипотезы». Тогда же был предложен точный критерий Фишера, суть которого в переборе всех возможных комбинаций зависимой и независимой переменных.

2. Для чего используется точный критерий Фишера?

Точный критерий Фишера в основном применяется для сравнения малых выборок. Этому есть две весомые причины. Во-первых, вычисления критерия довольно громоздки и могут занимать много времени или требовать мощных вычислительных ресурсов. Во-вторых, критерий довольно точен (что нашло отражение даже в его названии), что позволяет его использовать в исследованиях с небольшим числом наблюдений.

Особое место отводится точному критерию Фишера в медицине. Это важный метод обработки медицинских данных, нашедший свое применение во многих научных исследованиях. Благодаря ему можно исследовать взаимосвязь определенных фактора и исхода, сравнивать частоту патологических состояний между разными группами пациентов и т.д.

3. В каких случаях можно использовать точный критерий Фишера?

Аналогом точного критерия Фишера является Критерий хи-квадрат Пирсона, при этом точный критерий Фишера обладает более высокой мощностью, особенно при сравнении малых выборок, в связи с чем в этом случае обладает преимуществом.

4. Как рассчитать точный критерий Фишера?

Вначале составляем четырехпольную таблицу сопряженности:

Исход есть (Наличие ВПР)Исхода нет (Отсутствие ВПР)Всего
Фактор риска есть (Курящие)A = 10B = 70(A + B) = 80
Фактор риска отсутствует (Некурящие)C = 2D = 88(C + D) = 90
Всего(A + C) = 12(B + D) = 158(A + B + C + D) = 170

Точный критерий Фишера рассчитывается по следующей формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

В результате вычислений находим, что P = 0,0137.

5. Как интерпретировать значение точного критерия Фишера?

Достоинством метода является соответствие полученного критерия точному значению уровня значимости p. То есть, полученное в нашем примере значение 0,0137 и есть уровень значимости различий сравниваемых групп по частоте развития ВПР плода. Необходимо лишь сопоставить данное число с критическим уровнем значимости, обычно принимаемым в медицинских исследованиях за 0,05.

Источник

6.1 Параметрические критерии

В группу параметрических критериев методов математической статистики входят методы для вычисления описательных статистик, построения графиков на нормальность распределения, проверка гипотез о при­надлежности двух выборок одной совокупности. Эти методы основыва­ются на предположении о том, что распределение выборок подчиняется нормальному (гауссовому) закону распределения. Среди параметрических критериев статистики нами будут рассмотрены критерий Стьюдента и Фишера.

6.1.1 Методы проверки выборки на нормальность

Чтобы определить, имеем ли мы дело с нормальным распределением, можно применять следующие методы:

1) в пределах осей можно нарисовать полигон частоты (эмпирическую функцию распределения) и кривую нормального распределения на основе данных исследования. Исследуя формы кривой нормального распределения и графика эмпирической функции распределения, можно выяснить те параметры, которыми последняя кривая отличается от первой;

2) вычисляется среднее, медиана и мода и на основе этого определяется отклонение от нормального распределения. Если мода, медиана и среднее арифметическое друг от друга значительно не отличаются, мы имеем дело с нормальным распределением. Если медиана значительно отличается от среднего, то мы имеем дело с асимметричной выборкой.

3) эксцесс кривой распределения должен быть равен 0. Кривые с положительным эксцессом значительно вертикальнее кривой нормального распределения. Кривые с отрицательным эксцессом являются более покатистыми по сравнению с кривой нормального распределения;

4) после определения среднего значения распределения частоты и стандартного oтклонения находят следующие четыре интервала распределения сравнивают их с действительными данными ряда:

а) Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— к интервалу должно относиться около 25% частоты совокупности,

б) Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— к интервалу должно относиться около 50% частоты совокупности,

в) Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— к интервалу должно относиться около 75% частоты совокупности,

г) Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— к интервалу должно относиться около 100% частоты совокупности.

6.1.2 Критерий Стьюдента ( t-критерий)

Критерий позволяет найти вероятность того, что оба средних значения в выборке относятся к одной и той же совокупности. Данный критерий наиболее часто используется для проверки гипотезы: «Средние двух выборок относятся к одной и той же совокупности».

При использовании критерия можно выделить два случая. В первом случае его применяют для проверки гипотезы о равенстве генеральных средних двух неза­висимых, несвязанных выборок (так называемый двухвыборочный t-критерий). В этом случае есть контрольная группа и экспериментальная (опытная) группа, количество испытуемых в группах может быть различно.

Во втором случае, когда одна и та же группа объектов порождает числовой матери­ал для проверки гипотез о средних, используется так называемый парный t-критерий. Выборки при этом называют зависимыми, связанными.

Статистика критерия для случая несвязанных, независимых выборок равна:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(1)

где Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера, Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— средние арифметические в эксперименталь­ной и контрольной группах,

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— стан­дартная ошибка разности средних арифметических. Находится из формулы:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера, (2)

где n 1 и n 2 соответственно величины первой и второй выборки.

Если n 1= n 2, то стандартная ошибка разности средних арифметических будет считаться по формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(3)

где n величина выборки.

Подсчет числа степеней свободы осуществля­ется по формуле:

Далее необходимо срав­нить полученное значение t эмп с теоретическим значением t—рас­пределения Стьюдента (см. приложение к учеб­никам статистики). Если t эмп t крит, то гипотеза H 0 принимается, в противном случае нулевая гипотеза отвергается и принимается альтернативная гипотеза.

Таблица 1. Результаты эксперимента

Первая группа (экспериментальная) N 1=11 человек

Вторая группа (контрольная)

12 14 13 16 11 9 13 15 15 18 14

13 9 11 10 7 6 8 10 11

Общее количество членов выборки: n 1=11, n 2=9.

Расчет средних арифметических: Хср=13,636; Y ср=9,444

Стандартное отклонение: s x=2,460; s y =2,186

По формуле (2) рассчитываем стандартную ошибку разности арифметических средних:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Считаем статистику критерия:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Сравниваем полученное в эксперименте значение t с табличным значением с учетом степеней свободы, равных по формуле (4) числу испытуемых минус два (18).

Табличное значение tкрит равняется 2,1 при допущении возможности риска сделать ошибочное сужде­ние в пяти случаях из ста (уровень значимости=5 % или 0,05).

Если полученное в эксперименте эмпирическое значение t превы­шает табличное, то есть основания принять альтернативную гипотезу (H1) о том, что учащиеся экспериментальной группы показывают в среднем более высокий уровень знаний. В эксперименте t=3,981, табличное t=2,10, 3,981>2,10, откуда следует вывод о преимуществе эксперимен­тального обучения.

Здесь могут возникнуть такие вопросы:

1. Что если полученное в опыте значение t окажется меньше табличного? Тогда надо принять нулевую гипотезу.

2. Доказано ли преимущество экспериментального метода? Не столько доказано, сколько показано, потому что с самого начала допускается риск ошибиться в пяти случаях из ста (р=0,05). Наш эксперимент мог быть одним из этих пяти случаев. Но 95% возможных случаев говорит в пользу альтернативной гипотезы, а это достаточно убедительный аргумент в статистическом доказательстве.

3. Что если в контрольной группе результаты окажутся выше, чем в экспериментальной? Поменяем, например, местами, сделав Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишерасредней арифметической эксперимен­тальной группы, a Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— контрольной:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Отсюда следует вывод, что новый метод пока не про­явил себя с хорошей стороны по разным, возможно, при­чинам. Поскольку абсолютное значение 3,9811>2,1, принимается вторая альтернативная гипотеза (Н2) о пре­имуществе традиционного метода.

В случае связанных выборок с равным числом измерений в каждой можно использовать более простую формулу t-критерия Стьюдента.

Вычисление значения t осуществляется по формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(5)

Sd вычисляется по следующей формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(6)

Если t эмп t крит, то нулевая гипотеза принимается, в противном случае принимается альтернативная.

Пример 2. Изучался уровень ориентации учащихся на художественно-эстети­ческие ценности. С целью активизации формирования этой ориентации в экспериментальной группе проводились бе­седы, выставки детских рисунков, были организованы по­сещения музеев и картинных галерей, проведены встречи с музыкантами, художниками и др. Закономерно встает вопрос: какова эффективность проведенной работы? С целью проверки эффективности этой работы до начала эксперимента и после давался тест. Из методических со­ображений в таблице 2 приводятся результаты небольшо­го числа испытуемых. [2]

Таблица 2. Результаты эксперимента

до начала экспери­мента (Х)

Вначале произведем расчет по формуле:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Затем применим формулу (6), получим:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

И, наконец, следует применить формулу (5). Получим:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

Число степеней свободы: k =10-1=9 и по таблице При­ложения 1 находим tкрит =2.262, экспериментальное t=6,678, откуда следует возможность принятия альтерна­тивной гипотезы (H1) о достоверных различиях средних арифметических, т. е. делается вывод об эффективности экспериментального воздействия.

6.1.3 F — критерий Фишера

Критерий Фишера позволяет сравнивать величины выбороч­ных дисперсий двух независимых выборок. Для вычисления Fэмп нуж­но найти отношение дисперсий двух выборок, причем так, что­бы большая по величине дисперсия находилась бы в числителе, а меньшая – в знаменателе. Формула вычисления критерия Фи­шера такова:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера(8)

где Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера— дисперсии первой и второй выборки соответственно.

Так как, согласно условию критерия, величина числителя должна быть больше или равна величине знаменателя, то значе­ние Fэмп всегда будет больше или равно единице.

Чис­ло степеней свободы определяется также просто:

В Приложе­нии 1 критические значения критерия Фишера находятся по величинам k 1 (верхняя строчка таблицы) и k 2 (левый столбец таблицы).

Если t эмп> t крит, то нулевая гипотеза принимается, в противном случае принимается альтернативная.

Пример 3. В двух третьих классах проводилось тестирование умственного развития по тесту ТУРМШ десяти учащихся. [3] Полученные значения величин средних достоверно не различались, однако психолога интересует вопрос — есть ли различия в степени однородности показателей умственного развития между классами.

Решение. Для критерия Фишера необходимо сравнить дис­персии тестовых оценок в обоих классах. Резуль­таты тестирования представлены в таблице:

Рассчитав дисперсии для переменных X и Y, получаем:

Тогда по формуле (8) для расчета по F критерию Фишера находим:

Для чего нужен критерий фишера. Смотреть фото Для чего нужен критерий фишера. Смотреть картинку Для чего нужен критерий фишера. Картинка про Для чего нужен критерий фишера. Фото Для чего нужен критерий фишера

6.2 Непараметрические критерии

Сравнивая на глазок (по процентным соотношениям) результаты до и после какого-либо воздействия, исследователь приходит к заключению, что если наблюдаются различия, то имеет место различие в сравниваемых выборках. Подобный подход категорически неприемлем, так как для процентов нельзя определить уровень достоверности в различиях. Проценты, взятые сами по себе, не дают возможности делать статистически достоверные выводы. Чтобы доказать эффективность какого-либо воздействия, необходимо выявить статистически значимую тенденцию в смещении (сдвиге) показателей. Для решения подобных задач исследователь может использовать ряд критериев различия. Ниже будет рассмотрены непараметрические критерии: критерий знаков и критерий хи-квадрат.

6.2.1 Критерий знаков ( G-критерий)

Критерий предназначен для срав­нения состояния некоторого свойства у членов двух зави­симых выборок на основе измерений, сделанных по шка­ле не ниже ранговой.

Нулевая гипотеза формулируются следующим обра­зом: в состоянии изучаемого свойства нет значимых различий при первичном и вторичном измерениях. Альтернативная гипотеза: законы распределения величин X и У различны, т. е. состояния изучаемого свойства существенно раз­личны в одной и той же совокупности при первичном и вторичном измерениях этого свойства.

Ста­тистика критерия (Т) определяется следую­щим образом:

Пример 4. Учащиеся выполняли контрольную ра­боту, направленную на проверку усвоения некоторого понятия. Пятнадцати учащимся затем предложили электронное пособие, составленное с целью фор­мирования данного понятия у учащихся с низким уров­нем обучаемости. После изучения пособия учащиеся снова выполняли ту же контрольного работу, которая оценивалась по пятибалльной системе.

Результаты двукратного выполнения ра­боты представляют измерения по шкале по­рядка (пятибалльная шкала). В этих условиях возмож­но применение знакового критерия для выявления тенденции изменения состояния знаний учащихся после изучения пособия, так как выполняются все допуще­ния этого критерия.

Результаты двукратного выполнения работы (в бал­лах) 15 учащимися запишем в форме таблицы (см. табл. 1). [4]

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *