Python 2021. 03. 27 この記事は 約6分 で読めます。 こんにちは、 ミナピピン( @python_mllover) です。この前の記事でP値について解説したので、今回はは実際にPythonでscipyというライブラリを使って、仮説検定を行いP値を計算し結果の解釈したいと思います。 参照記事: 【統計学】「P値」とは何かを分かりやすく解説する 使用するデータと分析テーマ データは機械学習でアヤメのデータです。Anacondaに付属のScikit-learnを使用します。 関連記事: 【Python】Anacondaのインストールと初期設定から便利な使い方までを徹底解説! import numpy as np import as plt import seaborn as sns import pandas as pd from sets import load_iris%matplotlib inline data = Frame(load_iris(), columns=load_iris(). 帰無仮説 対立仮説 p値. feature_names) target = load_iris() target_list = [] for i in range(len(target)): num = target[i] if num == 0: num = load_iris(). target_names[0] elif num == 1: num = load_iris(). target_names[1] elif num == 2: num = load_iris(). target_names[2] (num) target = Frame(target_list, columns=['species']) df = ([data, target], axis=1) df データができたら次は基本統計量を確認しましょう。 # データの基本統計量を確認する scribe() 次にGroup BYを使ってアヤメの種類別の統計量を集計します。 # アヤメの種類別に基本統計量を集計する oupby('species'). describe() データの性質はざっくり確認できたので、このデータをもとに仮説を立ててそれを統計的に検定したいと思います。とりあえず今回のテーマは 「setosaとvirginicaのがく片の長さ(sepal length(㎝))の平均には差がある 」という仮説を立てて2標本の標本平均の差の検定を行いたいと思います。 仮説検定のプロセス 最初に仮説検定のプロセスを確認します。 ①帰無仮説と対立仮説、検定の手法を確認 まず仮説の立て方ですが、基本的には証明したい方を対立仮説にして、帰無仮説に否定したい説を設定します。今回の場合であれば、「setosaとvirginicaがく片の長さ(sepal_width)の平均には差がない」を帰無仮説として、「setosaとvirginicaがく片の長さ(sepal_width)の平均には差がある」を対立仮説とします。 2.有意水準を決める 帰無仮説を棄却するに足るための水準を決めます。有意水準は検定の条件によって変わりますが、基本的には5%、つまり P<=0.
母集団から標本を取ってくる ここでは、母集団からサンプルサイズ5で1回のみサンプリングすることにします。以下をサンプリングしたデータとします。 175, 172, 174, 178, 170 先に標本平均と標準誤差を計算しておきます。標準誤差というのは、標本平均の標準偏差のことです。これらは後ほどt値を計算する際に用います。 まず、標本平均を計算します。 標本平均 = (175 + 172 + 174 + 178 + 170) / 5 = 173. 8 となりました。 次に、 標準誤差 = 標準偏差 / √データの個数 なので、まずは不偏分散を用いて標本の標準偏差を計算していきます。 標準偏差 = √[{( 175 - 173. 8)^ 2 + ( 172 - 173. 8)^ 2 +... + ( 170 - 173. 8)^ 2} / ( 5 - 1)] = 3. 03 となったので、 標準誤差 = 3. 03 / √5 = 1. 経営情報システム 「統計」問題14年分の傾向分析と全キーワード その４【仮説検定】 - とりあえず診断士になるソクラテス. 36 と標準誤差を計算できました。 まとめると、標本平均=173. 8, 標準誤差=1. 36となります。 次はt値の計算をしていきます。 4. 標本を使ってt値を計算する ■t値とは まずt値とは何かについて説明します。t値とは、以下の式で計算される統計量のことです。 t値 = (標本平均 - 母平均)/ 標準誤差 計算の数学的な意味合いについてはすこし難しいので割愛しますが、重要なのはこの t値という統計量がt分布というすでによく調べ上げられた分布に従っている ということです。 ■t分布とは t分布は正規分布に非常によく似た形をしています。正規分布とは違ってグラフの裾の部分が少し浮いているのが特徴です。以下は正規分布とt分布を比較したものになります。 t分布はすでによく調べられているので、有意水準5%の点がどこかというのもt分布表や統計解析ツールを使えばすぐに分かります。 帰無仮説のもとで計算したt値の値によって、5%以下でしか起こらないレアなことが起きているのかどうかがわかるので、帰無仮説が棄却できるかどうかを判断できるというわけです。 もう少し簡単に言うと、あまりにも極端な値に偏ったt値が計算結果として出れば「最初に立てた仮説そのものが間違ってるんじゃね?」ってことです。 例えば、有意水準を5%とした場合、棄却域の境目の部分のt値は、t分布表より3.
672 80. 336 151. 6721 0. 0000 4. 237 8 0. 530 164. 909 16. 491 ※薄黄色は先ほどの同質性の検定の部分です。 この表の ( 水準間の平方和)と ( 共通の傾きの回帰直線からの残差平方和)の平均平方を比較することで、水準間の変動がランダムな変動より有意に大きいかを評価します。 今回の架空データでは p < 0. 001 で水準間に有意な変動があるようでした。 (追記) SAS の Output の Type II または III を見ると F (1, 1)=53. 64, p<0. 0001 で薬剤(TRT01AN)の主効果が有意だったことが分かります。Type X 平方和は、共分散分析モデルの要因・共変量(TRT01AN、BASE)を分解して、要因別の主効果の有無を評価したもの。 ※ Type II, III 平方和の計算は省略します。平方和の違いはいつかまとめたい。 ※ Type I 平方和のTRT01ANは次のとおり。要否別で備忘録として。 調整平均(LS mean:Least Square mean) 共分散分析と一緒に調整平均の差とその信頼 区間 を示すこともありますので、備忘録がてらメモします。 今回の架空データを Excel のLINEST関数で実行した結果がこちらです: また、共変量(BASE)の平均は19. 545だったため、調整平均は以下となります。 水準毎の調整平均 調整平均の差とその信頼 区間 これを通常の平均と比べると下表のとおりです。 評価項目 A薬 B薬 差 (B-A) 95%信頼 区間 Y CHG の平均 -6. 【統計学】帰無仮説と有意水準とは！？. 000 -9. 833 -3. 833 -8. 9349 1. 2682 Y CHG の調整平均(LS mean) -6. 323 -9. 564 -3. 240 -4. 2608 -2. 2202 今回の架空データでは、通常の平均の差の信頼 区間 は0を挟むのに対し、調整平均では信頼 区間 の幅が狭まり、0を挟まなくなったことが分かります(信頼 区間 下限でもB薬の方が効果を示している)。 Rでの実行: library(tidyverse) library(car) #-- サンプルデータ ADS <- ( TRT01AN=c(0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1), BASE=c(21, 15, 18, 16, 26, 25, 22, 21, 16, 17, 18), AVAL=c(14, 13, 13, 12, 14, 10, 10, 9, 10, 10, 11)) ADS$CHG <- ADS$AVAL - ADS$BASE ADS$TRT01AF <- relevel(factor(ifelse(ADS$TRT01AN==0, "A薬", "B薬")), ref="A薬") #-- 水準毎の回帰分析 ADS.
05)を表す式は(11)式となります。 -1. 96\leqq\, \Bigl( \left. \frac{\partial{L}}{\partial\theta}\right|_{\theta=\theta_0^k} \middle/ SE \, \right. \Bigl) \, \leqq1. 4cm}・・・(11)\\ また、前述のWald検定における(5)式→(6)式→(7)式の変換と同様に、スコア統計量においても、$\chi^2$検定により、複数のスコア統計量($\left. \frac{\partial{L}}{\partial\theta}\right|_{\theta=\theta_0^k} \right. $)を同時に検定することもできます。$a_k=0$を仮説としたときの$\chi^2$分布における検定(有意水準0. 05)を表す式は(12)式となります。$\left. $が(12)式を満たすとき、仮説は妥当性があるとして採択します。 \Bigl( \left. \Bigl)^2 \, \leqq\, 3. 帰無仮説 対立仮説. 4cm}・・・(12)\ 同様に、複数(r個)のスコア統計量($\left. \frac{\partial{L}}{\partial\theta}\right|_{\theta=\theta_0^{n-r+1}} \right., \left. \frac{\partial{L}}{\partial\theta}\right|_{\theta=\theta_0^{n-r+2}} \right., \cdots, \left. \frac{\partial{L}}{\partial\theta}\right|_{\theta=\theta_0^{n}} \right. $)を同時に検定する式(有意水準0. 05)は(13)式となります。 \, &\chi^2_L(\phi, 0. 05)\leqq D^T{V^{-1}}D \leqq\chi^2_H(\phi, 0. 4cm}・・・(13)\\ \, &\;\;D=\Bigl[\, 0, \cdots, 0, \left. \frac{\partial{L}}{\partial\theta}\right|_{\theta=\theta_0^{n-r+1}}\right. \,, \left.
24. 平均値の検定 以下の問題でt分布表が必要な場合、ページ下部の表を用いてよい。 1 一般に、ビールの大瓶の容量は633mlであると言われている。あるメーカーのビール大瓶をサンプリングし、その平均が633mlよりも少ないかどうか検定したい。この場合、帰無仮説と対立仮説をどのように設定するのが適切であるか答えよ。 答えを見る 答え 閉じる 帰無仮説は、「ビールの容量は633mlである」となります。一方で、対立仮説は「ビールの容量は633mlではない」と設定するのではなく、「ビールの容量は633mlよりも少ない」となります。これは確かめたい仮説が、「633mlよりも少ないかどうか」であり、633mlより多い場合については考慮する必要はないためです。 2 あるメーカーのビール大瓶10本をサンプリングし、その平均が633mlよりも少ないかどうか検定したい。測定したビール10本の容量が次の表の通りである場合、検定の結果はどのようになるか答えよ。なお、有意水準は とする。 No. 容量[ml] 632. 9 633. 1 3 633. 2 4 632. 3 5 6 634. 7 7 633. 6 8 633. 0 9 632. 4 10 この問題では、帰無仮説を「容量は633mlである」、対立仮説を「容量は633mlよりも少ない」として片側検定を行います。10本のビールの容量の平均を計算すると633. 19mlとなり、633mlよりも多くなります。 「容量は633mlよりも少ないかどうか」のような方向性のある仮説を検証するための片側検定では、平均値が633mlより大きくなってしまった時点で検定を終了し「帰無仮説を棄却できない=633mlより少ないとは言えない」と結論付けます。 同様に対立仮説を「容量は633mlよりも大きい」と設定した片側検定では、標本の平均が633mlを下回った時点で検定を終了します。 次の表は、1つ25. 5 kgの強力粉20個をサンプリングし、重量を測定した結果をまとめたものである。このデータを用いて、強力粉の重量は25. 5 kgではないと言えるかどうか検定せよ。なお、有意水準は とする。 項目 測定結果 サンプルサイズ 20 平均 25. 29 不偏分散 2. 帰無仮説とは - コトバンク. 23 (=) この問題では、帰無仮説を「平均重量は25. 5kgである」、対立仮説を「平均重量は25.
\tag{3}\end{align} 次に、\(A\)と\(A^*\)に対する第2種の過誤の大きさを計算する。第2種の過誤の大きさは、対立仮説\(H_1\)が真であるとき\(H_0\)を採択する確率である。すなわち、\(H_1\)が真であるとき\(H_0\)を棄却する確率を\(1\)から引いたものに等しい。このことから、\(A\)と\(A^*\)に対する第2種の過誤の大きさはそれぞれ \begin{align}\beta &= 1 - \int_A L_1 d\boldsymbol{x}, \\ \beta^* &=1 - \int_{A^*} L_1 d\boldsymbol{x} \end{align} である。故に \begin{align}\beta^* - \beta &= 1 - \int_{A^*} L_1 d\boldsymbol{x}- \left(1 - \int_A L_1 d\boldsymbol{x}\right)\\ &=\int_A L_1 d\boldsymbol{x} - \int_{A^*} L_1 d\boldsymbol{x}. \end{align} また、\eqref{eq1}と同様に、領域\(a\)と\(c\)を用いることで、次のようにも書ける。 \begin{align}\beta^* - \beta &= \int_{a\cup{b}} L_1 d\boldsymbol{x} - \int_{b\cup{c}} L_1 d\boldsymbol{x}\\\label{eq4} &= \int_aL_1 d\boldsymbol{x} - \int_b L_1d\boldsymbol{x}. 帰無仮説 対立仮説 検定. \tag{4}\end{align} 領域\(a\)は\(A\)内にあるたる。よって、\eqref{eq1}より、\(a\)内に関し次が成り立つ。 \begin{align}& \cfrac{L_1}{L_0} \geq k\\&\Leftrightarrow L_1 \geq kL_0. \end{align} したがって \begin{align}\int_a L_1 d\boldsymbol{x}\geq k\int_a L_0d\boldsymbol{x}\end{align} である。同様に、\(c\)は\(A\)の外側の領域であるため、\(c\)内に関し次が成り立つ。 \begin{align} L_1 \leq kL_0.
05 あり,この過誤のことを αエラー と呼びます. H 1 を一つの仮説に絞る ところで,帰無仮説H 0 / 対立仮説 H 1 を 前回の入門③ でやった「臨床的な差=効果サイズ」で見直してみると H 0 :表が出る確率が50%である 臨床的な差=0 H 1 :表が出る確率がXX%である 臨床的な差は0ではない という状況になっています.つまり表が出る確率が80%の場合,75%の場合,60%の場合,と H 1 は色々なパターンが無限に考えられる わけです. この無限に存在するH 1 を一つの仮説に絞り H 1 :表が出る確率は80% として考えてみることにしましょう βエラーと検出力 このH 1 が成り立っていると仮定したもとで,論理展開 してみましょう!表が出る確率が80%のコインを20回投げると,表が出る回数の分布は図のようになります ここで,先ほどの仮説検定の中で有意差あり(P<0. 05)となる「5回以下または15回以上表が出る」領域を考えてみると 80%表が出るコインが正しく有意差あり,と判定される確率は0. 8042です.この「本当は80%表が出るコインAが正しく統計的有意差を出せる確率」のことを 検出力 といいます.また本当は80%表が出るコインなのに有意差に至らない確率のことを βエラー と呼びます.今回の例ではβエラーは0. 1958( = 19. 58%)です. 検出力が十分大きい状態の検定 ですと, 差がある場合に有意差が正しく検出 されることになります.今回の例のように7回しか表が出ないデータの場合, 「おそらく80%以上の確率で表が出るコインではない」 と解釈することが可能になります. βエラーと検出力は効果サイズとサンプルサイズにより変わる 効果サイズを変える 効果サイズ(=臨床的な差)を変えて H 1 : 表がでる確率は80% → 表が出る確率は60% とした場合も考えてみましょう. 表が出る確率が60%のコインを20回投げると,表が出る回数の分布は図のようになります となり,検出力(=正しく有意差が検出される確率)が12. 7%しかない状態になります.現状のデータは7回表が出たので,50%の確率で表が出るコインなのか,60%の確率で表が出るコインなのか判別する手がかりは乏しいです.判定を保留する必要があるでしょう. サンプルサイズを変える なお,このような場合でも サンプルサイズを増やすことで検出力を大きく することができます 表が出る確率が50%のコインを200回投げた場合を考えてみると,図のような分布になります.
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