L5关联性研究的设计与数据分析.pdf
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1、关联性研究的设计关联性研究的设计与数据分析与数据分析中山大学公共卫生学院医学统计与流行病学系林爱华前面的学习阶段前面的学习阶段,介绍了实验研究的设计介绍了实验研究的设计与数据分析与数据分析,着重于比较变量的组间差别着重于比较变量的组间差别。医学研究中医学研究中,常常还需要分析常常还需要分析两个随机变两个随机变量之间的关系以及一个变量如何随着另一个变量之间的关系以及一个变量如何随着另一个变量的变化而变化量的变化而变化。例例:年龄与血压的关系年龄与血压的关系,血压随着年龄的变化血压随着年龄的变化如何变化如何变化。空腹血糖与胰岛素的关系空腹血糖与胰岛素的关系,血糖随着胰岛血糖随着胰岛素的变化如何变化
2、素的变化如何变化。主要内容主要内容:1.两个连续型随机变量间的线性相关两个连续型随机变量间的线性相关。2.两个分类变量间的关联两个分类变量间的关联。3.两个连续型随机变量间的线性回归两个连续型随机变量间的线性回归。一般两个连续型随机变量间的线性联系称为一般两个连续型随机变量间的线性联系称为线性线性相关相关(linear correlation)与回归与回归,也称为简单相关与也称为简单相关与回归回归(simple correlation)。)。两个分类变量间的联系则称为两个分类变量间的联系则称为关联关联(association)。)。一一、两个连续型随机变量的线性相关分析两个连续型随机变量的线性
3、相关分析二二、两个分类变量的关联分析两个分类变量的关联分析三三、两个连续型随机变量的线性回归分析两个连续型随机变量的线性回归分析一一、两个连续型随机变量的线性相关分析两个连续型随机变量的线性相关分析(一一)线性相关的基本概念线性相关的基本概念(二二)线性相关的统计学描述线性相关的统计学描述(三三)线性相关的统计推断线性相关的统计推断(四四)等级相关等级相关(五五)线性相关分析的注意事项线性相关分析的注意事项(一一)线性相关的基本概念线性相关的基本概念1.线性相关的概念线性相关的概念:独立是指一个指标的取值与另一指标取值独立是指一个指标的取值与另一指标取值多少无关多少无关。两指标间不独立则为相关
4、两指标间不独立则为相关,即某即某一指标的取值与另一指标的取值多少有关一指标的取值与另一指标的取值多少有关。统计学中用一个统计量描述线性相关的密统计学中用一个统计量描述线性相关的密切程度切程度,称称相关系数相关系数(Correlation coefficient)。两个连续型随机变量间联系的强度用两个连续型随机变量间联系的强度用相关系数相关系数(correlation coefficient)来描述来描述。如果就总体而言如果就总体而言,则称为总体相关系数则称为总体相关系数,记为记为;如果计算数据取自样本如果计算数据取自样本,则称为则称为样本相关系数样本相关系数,记为记为r。-1 r 1(1)相关
5、系数相关系数r的绝对值必然在的绝对值必然在0到到1之间之间,-1 r 1。(2)r=0,表示无相关表示无相关;|r|=1,表示完全函数关系表示完全函数关系。(3)相关系数的符号表示相关的方向相关系数的符号表示相关的方向。(4)总体相关系数总体相关系数 的绝对值表示相关的密切程度的绝对值表示相关的密切程度。2.相关系数的特点相关系数的特点:两个连续型随机变量间联系的强度用两个连续型随机变量间联系的强度用相关系数相关系数(correlation coefficient)来描述来描述。如果就总体而言如果就总体而言,则称为总体相关系数则称为总体相关系数,记为记为;如如果计算数据取自样本果计算数据取自样
6、本,则称为样本相关系数则称为样本相关系数,记为记为r。3.相关的各种形式相关的各种形式4.相关分析的资料来源相关分析的资料来源(1)从研究总体随机抽取从研究总体随机抽取n个对象个对象,每个对象观每个对象观察察X和和Y两项指标两项指标;(2)或者从已经配成对子的研究总体中随机抽或者从已经配成对子的研究总体中随机抽取取n对对象对对象,每对对象观察同一指标每对对象观察同一指标。(3)如果如果X和和Y服从正态分布服从正态分布,这样的研究所获这样的研究所获得的资料就可以做相关分析得的资料就可以做相关分析。表表 1 10 名学龄儿童的身高和体重名学龄儿童的身高和体重 儿童儿童 编号编号 1 2 3 4 5
7、 6 7 8 9 10 身高身高(X)149.35 149.35 167.64 167.64 146.30 146.30 170.69 170.69 161.54 161.54 164.59 164.59 155.45 155.45 158.50 158.50 149.35 149.35 152.40 152.40 体重体重(Y)30.84 30.84 42.64 42.64 33.11 33.11 44.00 44.00 36.29 36.29 40.82 40.82 32.66 32.66 35.38 35.38 33.11 33.11 31.75 31.75 例例1表表1为一项关于儿童健
8、康和发育的研究中为一项关于儿童健康和发育的研究中10名学名学龄儿童的身高和体重资料龄儿童的身高和体重资料,试对学龄儿童的身高试对学龄儿童的身高(cm)和体重和体重(kg)进行相关分析进行相关分析。(二二)直线相关的统计学描述直线相关的统计学描述1.散点图散点图(Scatter plot)考察相关性最简单而直观的办法是散考察相关性最简单而直观的办法是散点图点图。以两条互相垂直的座标轴分别表示以两条互相垂直的座标轴分别表示两个变量两个变量,n对观察值对应于座标平面的对观察值对应于座标平面的n个点个点,便构成一幅散点图便构成一幅散点图。175.00170.00165.00160.00155.0015
9、0.00145.00身身高高(cm)44.0042.0040.0038.0036.0034.0032.0030.00体体重重(kg)图图2 10名学龄儿童身高与体重的散点图名学龄儿童身高与体重的散点图2.相关系数的计算相关系数的计算Pearson积矩相关系数积矩相关系数。应用条件应用条件:随机随机变量变量,呈呈双变量正态分布双变量正态分布,散点图呈散点图呈线性趋势线性趋势,各观察对象间相互各观察对象间相互独立独立。)Y)(X(YXr的的方方差差的的方方差差的的协协方方差差和和 协方差协方差(covariance)的定义的定义:X的样的样本方差本方差=11 n)X(ni2iXY的样本方差的样本方
10、差=112 n)YY(niiX和和Y的样本协方差的样本协方差=11 n)YY)(XX(niii双变量协方差示意图双变量协方差示意图92960222212121.n/)y(yn/)x(xn/yxxy)yy()xx()yy)(xx(rniiniiniii “相关系数的符号由分子确定相关系数的符号由分子确定,相关系数无单位相关系数无单位。”H0:0H1:0(三三)线性相关的统计推断线性相关的统计推断1.相关系数的假设检验相关系数的假设检验H0:0 H1:0 =0.05(1)查相关系数临界值表查相关系数临界值表(查统计学附表查统计学附表)(2)t 检验检验,统计量为统计量为:rrSrt0 212nrS
11、r常用的检验方法常用的检验方法2 n2.相关系数的区间估计相关系数的区间估计3/,3/2/2/nZznZzrz1tanh(1)反反双曲正切变换双曲正切变换zrtanhr计算时经过了标准化计算时经过了标准化,r值在值在-1,1,不服出正态不服出正态分布分布,需要在估计置信区间前先对需要在估计置信区间前先对r进行转换进行转换。11ln21rrz(2)对数变换对数变换:1122zzeer3/,3/2/2/nZznZz实例分析结果实例分析结果:1.首先绘制散点图首先绘制散点图;2.计算得计算得Pearson相关系数相关系数r=0.929;3.假设检验假设检验:H0:0 H1:0 P50,也可用也可用t
12、检验检验。3.实例分析结果实例分析结果计算秩相关系数计算秩相关系数,得得 rs=-0.770;假设检验假设检验:H0:s0H1:s 0 =0.05查临界值表查临界值表,r0.02,10=0.745,r0.01,10=0.794,0.01P0.02,可以认为参加家庭计划的时间可以认为参加家庭计划的时间长度和每天的费用之间有负向的等级相关关系长度和每天的费用之间有负向的等级相关关系。(五五)线性相关分析的注意事项线性相关分析的注意事项1.正确理解相关关系正确理解相关关系。“相关不等于因果相关不等于因果”2.正确理解检验结果不拒绝零假设正确理解检验结果不拒绝零假设。3.注意数据中的异常值注意数据中的
13、异常值。二二、两个分类变量的关联分析两个分类变量的关联分析对分类变量间的联系对分类变量间的联系,可作可作关联关联(association)分析分析,即对两个分类即对两个分类变量交叉分类计数所得的频数资料变量交叉分类计数所得的频数资料(列联表列联表)作关于两种属性独立性的作关于两种属性独立性的 2检验检验。(一一)交叉分类交叉分类22列联表列联表(二二)多分类资料的关联分析多分类资料的关联分析(一一)交叉分类交叉分类22列联表列联表对含量为对含量为n的的一份随机样本一份随机样本同时按照两个同时按照两个二项分类的特征二项分类的特征(属性属性)进行交叉分类形进行交叉分类形成一个成一个22交叉分类资料
14、表交叉分类资料表,也称为也称为22列联表列联表(contingency table)。)。例例3 为观察行为类型与冠心病的关系为观察行为类型与冠心病的关系,某研究某研究组收集了一份包含组收集了一份包含3154个个体个个体的样本的样本,研究者将研究者将观察对象按行为类型分为观察对象按行为类型分为A型型(较具野心较具野心、进取进取心和有竞争性心和有竞争性),),B型型(较沉着较沉着、轻松轻松、和做事和做事不慌忙不慌忙)。)。对每个个体分别观察对每个个体分别观察是否为冠心病患是否为冠心病患者者和和行为类型两种属性行为类型两种属性,22种结果分类记数如种结果分类记数如表表3所示所示。试分析两种属性的关
15、联性试分析两种属性的关联性。表表 3 行为类型与冠心病的关系行为类型与冠心病的关系 行为类型行为类型(属性属性 A)冠心病冠心病(属性属性 B)合计合计 有有(1)无无(2)类型类型 A(1)178 1411 1589 类型类型 B(2)79 1486 1565 合计合计 257 2897 3154 表表 4 22 交叉分类频数表的一般形式及概率表达交叉分类频数表的一般形式及概率表达 属性属性 A 属性属性 B 合计合计 1 2 1 11A(11)12A(12)1n(1r)2 21A(21)22A(22)2n(2r)合计合计 1m(1c)2m(2c)n(1.0)0H:属性属性 A 与与 B 互
16、相独立互相独立,0H:属性属性 A 与与 B 互相关联互相关联。独立性检验独立性检验:考察考察cjriij成立与否成立与否。jiiiiTTA,j2jj2)()()()()(22dbcadcbanbcad 检验公式检验公式:0H:行为类型与冠心病之间互相独立行为类型与冠心病之间互相独立 1H:行为类型与冠心病之间有关联行为类型与冠心病之间有关联 =0.05 将表中各数据代入将表中各数据代入公式公式,90.392897257156515893154)1411791486178(22 879.71,005.02 ,1,005.022 P0.005,说明行为类型与冠说明行为类型与冠心病之间存在着关联性
17、心病之间存在着关联性。)()()()(22dbcadcbanbcad 关联系数关联系数(association coefficient)22 nr 22 对于对于列联表列联表,关联系数在关联系数在0到到之间之间。即即0到到之间之间。71.05.0),min(11CR 112031549039903922.nr 例例4设有设有研究者对研究者对103例例病人进行了病人进行了影像影像学检查学检查(A)和和生化检验生化检验(B),),结果均结果均分为疾病分为疾病(+)和正常和正常(-)两类两类,数据如数据如表表9-5,现欲分析现欲分析A、B两法的检验结果的两法的检验结果的关联性关联性。表表 5 两种检
18、查结果的比较两种检查结果的比较 A 方法方法 B 方法方法 B+B-合计合计 A+50 15 65 A-8 30 38 合计合计 58 45 103 43.3045583865103)8153050(22 477.010343.3043.3022 nr (二二)多分类资料的关联分析多分类资料的关联分析例例5有研究表明有研究表明,不同民族人的血型是不同民族人的血型是不同的不同的。现有人在某地随机抽取现有人在某地随机抽取2500名名居民居民,记录其民族与血型记录其民族与血型,资料见表资料见表6,请问民族与血型是否有关请问民族与血型是否有关?表表6 不同民族人的血型分布资料不同民族人的血型分布资料民
19、族民族血型血型合合 计计OAB AB 490280180民族甲民族甲民族乙民族乙民族丙民族丙440240230120320401100930470950 910 480 160 2500合合 计计509020:民族与血型无关联民族与血型无关联。:民族与血型有关联民族与血型有关联。=0.050H1H826.2842 P0.005,拒绝拒绝H0,说明民族与血型有关联说明民族与血型有关联。320.02500826.284826.28422 nr 6 关联系数在关联系数在0到到(0.816)之间之间。),min(11CR)(1mnAnR1i21jji2ij2 表表 7 170 例某病患者的治疗效果资料
20、例某病患者的治疗效果资料 患者年龄患者年龄(岁岁)疗疗 效效 合合 计计 无效无效 好转好转 治愈治愈 18 5 32 20 57 18 30 38 10 78 50 15 10 10 35 合合 计计 50 80 40 170 例例6:计算计算Spearman秩相关系数秩相关系数。上面讨论的线性相关用于描述两个随机上面讨论的线性相关用于描述两个随机变量变量X与与Y之间线性联系的程度之间线性联系的程度,结论所结论所反映的是它们相互之间的关系反映的是它们相互之间的关系,两变量两变量并无主次之分并无主次之分。三三、两个连续型随机变量的线性回归分析两个连续型随机变量的线性回归分析随着所探索问题的深入
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