如何正确地理解统计学上的相关性,关联性及差异性比较,方差分析,回归?
的有关信息介绍如下:
这是一个非常好的问题。
先厘清一些基本概念。
相关性一般指的是两个随机变量(或随机向量)之间的(线性)相关性,它代表了两个变量之间的某种量化关系,其大小可以直接由均值方差等公式给出。注意将其与独立性进行对比和区别。关联性和差异性在统计场合没有统一明确的定义,一般应该视作者前后文的解释。
一般的线性模型,我们是指的线性回归模型,特点在于因变量/相应变量 是连续地取值,自变量/回归变量(行向量) 也是连续地取值,而其参数的系数 和随机误差 ,从而满足
,或者相应地矩阵形式 。
对于线性回归模型来说,重要的在于对参数系数 以及误差方差 的估计以及检验 (服从 分布)。
方差分析是一类特殊的线性模型,特点在于因变量/相应变量 是连续地取值,自变量/回归变量(行向量) 仅仅取值0或者1,而其效应(以Two-Way ANOVA without Interaction模型举例)作为参数 和随机误差 ,其矩阵形式也满足
,但我们一般写作分量形式,即 。方差分析中的设计矩阵 一定是不满秩的,所以一般要人为地添加条件(side condition),比如 ,这是一般教材不会涉及的地方,这也是为什么用软件输出的结果总是从第二个分量开始,因为一般(比如R)中会默认添加side condition 是 第一个分量为0,即 。
对于方差分析模型来说,虽然它是线性模型的一个特殊类别,但其特殊性使得其解法和思路完全和回归模型不同。对方差分析来说,一般关注的重点不在于参数的估计(因为 的不满秩导致了某些参数组合的不可估性),而是可估参数的检验,比如每一个因子下不同水平间是否有显著差异,即 或 (服从 分布)。所以,方差分析是用于,检验分类变量(如因素A)内部的不同水平( )之间,是否存在显著差异。
特别地,如果 中部分连续取值,部分仅取值0或1,即一部分是连续变量,一部分是二分类变量,那么模型被称为协变量模型。协变量模型可以看成回归模型+方差分析模型。这也就是为什么在医学类或者生物统计类书籍干脆把自变量 直接称为协变量covariates而不是一般的variables,因为这些领域遇到的线性模型几乎都是协变量模型。协变量模型的解法更加复杂。而如果方差分析里的效应不再是固定效应,而是随机效应,那么模型被称为混合(mixed)模型。
前面几类模型都是 的类型发生变化,从而导致了不同的模型。相应地,如果 的取值发生变化,那么可以归为广义线性模型(GLM)里。比如 取值0或1对应的logistic模型, 取整数对应的Possion模型或者最常见的Binomial模型。这类模型的解法又完全地不一样,和上述其他模型又有本质上地区别,比如前面的模型都可以直接用最小二乘求解,而GLM必须依赖于极大似然估计MLE。多分类变量的关联分析和检验分布是否相同,本质上是Pearson的 检验,即理论上的数据和观测到的数据之间到底是否存在某种差异(比如,检验分布是否相同的时候,实际上是把数据分成若干段,然后计数区间中的个数)。这可以看成是GLM模型的一部分。比如,多分类变量的问题本质上是检验某些参数作比例是否相等,比如每一个分类来自于Binomial( ),则检验 。为什么这个代表差异的统计量是服从 而不是什么正态或者 分布呢。我没有读Pearson的原文,但Pearson的检验本质上等价于似然比检验(LRT),而似然比检验根据Wilks定理,是服从卡方检验的。


