PQStat Podręcznik Użytkownika PQStat English pqstat.pl

ANOVA Friedmana

Kiedy stosować ten test:

Analiza wariancji powtarzanych pomiarów dla rang Friedmana (Friedman, 1937[66]) to nieparametryczny odpowiednik ANOVA powtarzanych pomiarów. Stosuje się ją, gdy pomiarów badanej cechy dokonujemy kilkukrotnie na tych samych obiektach, a nie są spełnione warunki testu parametrycznego – także wtedy, gdy dysponujemy rankingami pochodzącymi od różnych sędziów i zależy nam na ocenie ich zgodności. Modyfikacja Imana-Davenport (1980[87]) tej statystyki jest obecnie rekomendowana w miejsce tradycyjnej statystyki Friedmana, która bywa nadmiernie konserwatywna.

Warunki stosowania

Gdy w danych występują braki, można zamiast tego wyliczyć ANOVA Durbina (braki zbalansowane) lub ANOVA Skillings-Mack (braki w dowolnym układzie). Jeśli interesuje nas istnienie trendu w ułożeniu badanych grup, można dodatkowo wykonać test Page'a dla trendu.

Jak ustawić analizę

Statystyka \(\to\) Testy nieparametryczne \(\to\) ANOVA Friedmana (możliwość braków danych) (lub poprzez Kreator).

Krok 1. Wskaż zmienne odpowiadające kolejnym pomiarom.
Krok 2. Jeśli test wykaże istotną różnicę, dobierz test POST-HOC, np. Dunn lub Conover-Iman, wraz z odpowiednią korektą (np. Bonferroni).
Krok 3. Uruchom analizę.

Wykonanie i interpretacja

Przykład 1. (plik baton.pqs)
Badano kwartalną wielkość sprzedaży pewnego batonu czekoladowego w 14 losowo wybranych marketach. Badanie rozpoczęto w styczniu, a zakończono w grudniu. W czasie drugiego kwartału trwała intensywna billboardowa kampania reklamowa tego produktu. Sprawdzimy, czy kampania miała wpływ na wielkość sprzedaży reklamowanego batonu.

sklepKwartał IKwartał IIKwartał IIIKwartał IV
SK13415455657725432
SK21593193722422794
SK31976205622402085
SK41526159416441705
SK51538163418661769
SK6983108611351177
SK7105012091245977
SK81861208720542018
SK91714241523612424
SK101320162116241551
SK111276137715221412
SK121263127913501490
SK131271141715831513
SK141436131013571468

\(p<0.05\) dla testu Friedmana i dla korekty Iman-Davenport, istotne statystycznie, \(\alpha=0.05\)
Sprzedaż batonu nie jest taka sama w każdym kwartale.


Wykonana analiza POST-HOC Dunna z korektą Bonferroniego wskazuje na różnice wielkości sprzedaży dotyczące kwartału I i III oraz I i IV, a analogiczna analiza przeprowadzona silniejszym testem Conover-Iman wskazuje na różnice pomiędzy wszystkimi kwartałami za wyjątkiem kwartału III i IV.

Na wykresie przedstawiono grupy jednorodne wyznaczone testem Conover-Iman.

Dokładny opis danych możemy przedstawić, wybierając w oknie analizy statystyki opisowe .

Gdyby dane były opisane skalą porządkową o niewielu kategoriach, warto by było przedstawić je również w licznościach i procentach – w tym przykładzie nie byłaby to jednak dobra metoda opisu.

DLA ZAINTERESOWANYCH

Hipotezy: dotyczą równości sumy rang dla kolejnych pomiarów lub są upraszczane do median:

\[\begin{array}{cl} \mathcal{H}_0: & \theta_1=\theta_2=...=\theta_k,\\ \mathcal{H}_1: & \text{nie wszystkie }\theta_j\text{ są sobie równe }(j=1,2,...,k), \end{array}\]

gdzie \(\theta_1,\theta_2,...\theta_k\) – mediany badanej cechy w kolejnych pomiarach z badanej populacji.

Wzory: wyznacza się dwie statystyki testowe: statystykę Friedmana

\[ T_1=\frac{1}{C}\left(\frac{12}{nk(k+1)}\left(\sum_{j=1}^k\left(\sum_{i=1}^n R_{ij}\right)^2\right)-3n(k+1)\right), \]

oraz jej modyfikację Imana-Davenport

\[ T_2=\frac{(n_j-1)T_1}{n_j(k-1)-T_1}, \]

gdzie:
\(n\) – liczność próby,
\(R_{ij}\) – rangi przypisane kolejnym pomiarom \((j=1,2,...k)\), oddzielnie dla każdego z badanych obiektów \((i=1,2,...n)\),
\(\displaystyle C=1-\frac{\sum(t^3-t)}{n(k^3-k)}\) – korekta na rangi wiązane,
\(t\) – liczba przypadków wchodzących w skład rangi wiązanej. Poprawka \(C\) jest stosowana, gdy rangi wiązane występują (w przeciwnym razie \(C=1\)).

Statystyka \(T_1\) ma asymptotycznie (dla dużych liczności) rozkład \(\chi^2\) z \(df=k-1\) stopniami swobody. Statystyka \(T_2\) podlega rozkładowi F Snedecora z \(df_1=k-1\) i \(df_2=(n_j-1)(k-1)\) stopniami swobody.

Wyznaczoną na podstawie statystyki testowej wartość \(p\) porównujemy z \(\alpha\): gdy \(p \le \alpha\), odrzucamy \(\mathcal{H}_0\) na rzecz \(\mathcal{H}_1\); gdy \(p > \alpha\), nie ma podstaw, aby odrzucić \(\mathcal{H}_0\).

Testy POST-HOC

Wprowadzenie do kontrastów i testów POST-HOC znajduje się w rozdziale Kontrasty i testy POST-HOC dotyczącym jednoczynnikowej analizy wariancji.

Test Dunna
Stosowany dla porównań prostych (liczność w poszczególnych pomiarach zawsze jest taka sama). Test Dunna (Dunn, 1964[52]) jest korygowany ze względu na wielokrotne testowanie – najczęściej korektą Bonferroniego lub Sidaka (inne korekty opisano w dziale Wielokrotne porównania).

  • \(\mathfrak{(i)}\)

    Wartość najmniejszej istotnej różnicy wyliczana jest z wzoru:

    \[ NIR=Z_{\alpha(corrected)}\sqrt{\frac{k(k+1)}{6n}}, \]

    gdzie \(Z_{\alpha(corrected)}\) to wartość krytyczna (statystyka) rozkładu normalnego dla poziomu istotności \(\alpha\) skorygowanego o liczbę możliwych porównań prostych \(c\) zgodnie z wybraną poprawką.

  • \(\mathfrak{(ii)}\)

    Statystyka testowa ma postać:

    \[ Z=\frac{\sum_{j=1}^k c_j\overline{R}_j}{\sqrt{\frac{k(k+1)}{6n}}}, \]

    gdzie \(\overline{R}_j\) – średnia rang \(j\)-tego pomiaru, dla \((j=1,2,...k)\). Statystyka ta ma asymptotycznie (dla dużych liczności próby) rozkład normalny, a wartość \(p\) jest korygowana o liczbę możliwych porównań prostych zgodnie z wybraną poprawką.

Test Conover-Inman
Nieparametryczny odpowiednik LSD Fishera[47], stosowany dla porównań prostych (liczność w poszczególnych pomiarach zawsze jest taka sama).

  • \(\mathfrak{(i)}\)

    Wartość najmniejszej istotnej różnicy wyliczana jest z wzoru:

    \[ NIR=\sqrt{F_{\alpha,1,df_2}}\cdot\sqrt{\frac{2\left(n_jA-\sum_{j=1}^tR_j^k\right)}{(n_j-1)(k-1)}}, \]

    gdzie \(\displaystyle A=\sum_{i=1}^{n_j}\sum_{j=1}^kR_{ij}^2\) – suma kwadratów dla rang, a \(F_{\alpha,1,df_2}\) to wartość krytyczna (statystyka) rozkładu F Snedecora dla zadanego poziomu istotności \(\alpha\) oraz dla stopni swobody odpowiednio: 1 i \(df_2\).

  • \(\mathfrak{(ii)}\)

    Statystyka testowa ma postać:

    \[ t=\frac{\sum_{j=1}^k c_jR_j}{\sqrt{\frac{2\left(n_jA-\sum_{j=1}^tR_j^k\right)}{(n_j-1)(k-1)}}}, \]

    gdzie \(R_j\) – suma rang \(j\)-tego pomiaru, dla \((j=1,2,...k)\). Statystyka ta podlega rozkładowi \(t\)-Studenta z \(df_2\) stopniami swobody.