neparametarski testovi - naslovnica

78
Neparametarski testovi NEPARAMETARSKI TESTOVI 1 / 80

Upload: others

Post on 16-May-2022

30 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi

NEPARAMETARSKITESTOVI

1 / 80

Page 2: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi

Mnogi testovi pretpostavljaju normalnu razdiobu populacije/a.

Ukoliko je ta pretpostavka narušena, koristimo testove koji nemajupretpostavke o distribuciji populacije (neparametarske testove)

Primjer neparametarskog testa jePearsonov χ2-test

Kolmogorov-Smirnov test

Neparametarski testovi su manje osjetljivi na ekstremnevrijednosti (outliere) od parametarskih.

Neparametarski testovi uglavnom imaju manju snagu odparametarskih kada su ispunjene pretpostavke parametarskihtestova.

2 / 80

Page 3: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Medijan test

Medijan test

Nul-hipotezu koja se testira je da dvije populacije imaju isti medijan.

Dvije populacije: A i B.

Testiramo hipotezu o jednakosti medijana tih dviju populacija:

H0 : MA = MB

Iz svake se populacije izabere po jedan uzorak (ne nužno iste velicine).

Na osnovu kombiniranog uzorka (nastalog spajanjem ova dva uzorka)odredi se kombinirani (zajednicki) medijan.

Ukoliko je pretpostavka o jednakim medijanima tocna, tada je udiojedinki ispod, odnosno iznad kombiniranog medijana otprilikepodjednak u oba uzorka (grupe).

3 / 80

Page 4: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Medijan test

Daljnja analiza se svodi na proucavanje 2× 2 tablice:

GrupaUzorak 1 Uzorak 2 Kombinirano

Iznad komb. medijana A B A + BIspod komb. medijana C D C + DUkupno m (= A + C) n (= B + D)

Za testiranje jednakosti distribucija koristi se Fisherov egzaktni test.

Metodu cemo ilustrirati na primjeru korištenom za uspoedbu srednjihvrijednosti.

4 / 80

Page 5: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Medijan test

Primjer. U studiji o razlici u apsolutnoj pogrešci kod pozicioniranjaaktivne i pasivne ruke istraživaci su testirali 20 studenata. Kod 10studenata su mjerili apsolutnu pogrešku kod pozicioniranja aktivneruke a kod preostalih 10 pogrešku kod pozicioniranja pasivne ruke.Rezultati mjerenja (u cm) prikazani su u tablici:

Ispitanik Aktivna ruka Ispitanik Pasivna ruka1 2.65 11 3.302 2.42 12 2.003 3.30 13 0.094 0.19 14 0.045 1.25 15 4.566 2.00 16 3.337 3.34 17 1.028 4.08 18 0.899 0.70 19 2.78

10 2.89 20 1.65

5 / 80

Page 6: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Medijan test

Tražimo kombinirani medijan.

Sve podatke poredamo po velicini

0.04 0.09 0.19 0.7 0.89 1.02 1.25 1.65 2 2

2.42 2.65 2.78 2.89 3.3 3.3 3.33 3.34 4.08 4.56

kombinirani medijan = 2.21

Sada prebrojimo podatke iznad i ispod kombiniranog medijana.

6 / 80

Page 7: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Medijan test

kombinirani medijan = 2.21

Aktivna ruka Pasivna ruka2.65 3.302.42 2.003.30 0.090.19 0.041.25 4.562.00 3.333.34 1.024.08 0.890.70 2.782.89 1.65

Iznad 6 4Ispod 4 6

7 / 80

Page 8: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Medijan test

8 / 80

Page 9: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Medijan test

Fisherov egzaktni dvostrani test: p = 0.65639 / 80

Page 10: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Neparametarski analogon Studentovom t-testu za nezavisnepopulacije.

U literaturi je poznat i pod nazivima

Wilcoxonov test sume rangova

Mann-Whitneyev U-test

Nul hipoteza.

X - slucajno izabrana jedinka iz prve populacije

Y - slucajno izabrana jedinka iz druge populacije

H0 : P(X < Y ) = P(X > Y )

Alternativna hipoteza.

H1 : P(X < Y ) < P(X > Y ) ili P(X < Y ) > P(X > Y )

Test može biti jednostrani i dvostrani.10 / 80

Page 11: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Cesto se kao nul hipoteza koristi jaca tvrdnja:

Distribucija obilježja je jednaka u obje populacije.

Pretpostavke testa.Distribucija obilježja je neprekidno ili ordinalno.

Uzorci su izabrani nezavisno.

11 / 80

Page 12: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Test.

Iz svake populacije nezavisno izaberemo po jedan uzorak(ne nužno iste velicine)

- n1 - velicina uzorka iz prve populacije

- n2 - velicina uzorka iz druge populacije

Svakom podatku se pridijeli rang iz kombiniranog uzorka.

Tako pridijeljeni rangovi poprimaju vrijednosti od 1 do n1 + n2.

Ukoliko je obilježje jednako distribuirano unutar obje populacijetada se ocekuje da ce prosjecan rang biti podjednak za obauzorka.

Statistika:

W = zbroj rangova iz jednog od uzorka.

12 / 80

Page 13: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Koji ce se uzorak izabrati nije važno jer je ukupan zbroj rangovaza N = n1 + n2 opservacija jednak

1 + 2 + 3 + . . .+ N =N(N + 1)

2.

Zbroj rangova za drugi uzorak je

N(N + 1)

2−W .

Vrijedi:

E(W ) =n1(N + 1)

2

Var(W ) =n1n2(N + 1)

12

Za veliki uzorak je W približno distribuiran prema normalnojdistribuciji (n1 ≥ 10 ili n2 ≥ 10; N ≥ 20).

13 / 80

Page 14: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

U literaturi se cesto koristi Mann-Whitneyev U-test.

Test je ekvivalentan ovom testu jer statistika U u MW testu je

U = n1n2 −n1(n1 + 1)

2−W

Ovdje je korištena statistika korištena u varijanti poznatoj podimenom Wilcoxonov test sume rangova.

14 / 80

Page 15: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Izjednaceni rangovi

Wilcoxonov test pretpostavlja da je obilježje neprekidnodistribuirano.

S jako preciznim mjerenjem neprekidne varijable, vjerojatnost istihvrijednosti (time i rangova) u dva (ili više) mjerenja je 0.

Relativno grubo mjerenje može uzrokovati izjednacene vrijednosti.

U slucaju jednakih vrijednosti, svakoj opservaciji pridružujemosrednju vrijednost rangova koje bi imale da izjednacenja nema.

Ukoliko se izjednacenje dogodi izmedu dvije ili više vrijednostiunutar samo jedne grupe to nema utjecaja na statistiku W .

Ukoliko se to dogodi na dvije ili više opservacija iz obje grupepojavljuje se utjecaj na W

Medutim, svaka pojava izjednacenja utjece na varijabilnostrangova, a time i na varijancu statistike W .

15 / 80

Page 16: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Varijanca

Var(W ) =n1n2(N + 1)

12izracunata je uz pretpostavku da nema izjednacenih rangova.

U slucaju izjednacenja potrebno je koristiti korekcije.

g - broj razlicitih vrijednosti za koje su rangovi izjednaceni

tj - broj opservacija s istom j-tom vrijednošcu (j = 1, . . . ,g)

Korigirana varijanca:

Var(W ) =n1n2(N + 1)

12− n1n2

12N(N − 1)

∑j

(t3j − tj

).

16 / 80

Page 17: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Primjer. U studiji o razlici u apsolutnoj pogrešci kod pozicioniranjaaktivne i pasivne ruke istraživaci su testirali 20 studenata. Kod 10studenata su mjerili apsolutnu pogrešku kod pozicioniranja aktivneruke a kod preostalih 10 pogrešku kod pozicioniranja pasivne ruke.Rezultati mjerenja (u cm) prikazani su u tablici:

Ispitanik Aktivna ruka Ispitanik Pasivna ruka1 2.65 11 3.302 2.42 12 2.003 3.30 13 0.094 0.19 14 0.045 1.25 15 4.566 2.00 16 3.337 3.34 17 1.028 4.08 18 0.899 0.70 19 2.78

10 2.89 20 1.65

17 / 80

Page 18: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Odredimo rangove kombiniranog uzorka.

0.04 0.09 0.19 0.7 0.89 1.02 1.25 1.65 2 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9.5 9.5

2.42 2.65 2.78 2.89 3.3 3.3 3.33 3.34 4.08 4.56

11 12 13 14 15.5 15.5 17 18 19 20

18 / 80

Page 19: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Aktivna ruka Pasivna rukaPogreška Rang Pogreška Rang

2.65 12 3.30 15.52.42 11 2.00 9.53.30 15.5 0.09 20.19 3 0.04 11.25 7 4.56 202.00 9.5 3.33 173.34 18 1.02 64.08 19 0.89 50.70 4 2.78 132.89 14 1.65 8

W 113 (97)

n1 = 10n2 = 10N = n1 + n2 = 20

19 / 80

Page 20: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Statistica

20 / 80

Page 21: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

21 / 80

Page 22: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

22 / 80

Page 23: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

23 / 80

Page 24: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxon-Mann-Whitneyev test

Z, p-value - normalna aproksimacija bez korekcije za izjednacenerangove

Z adjusted, p-value - normalna aproksimacija s korekcijom zaizjednacene rangove

2*1sided ecact p - p-vrijednost za egzaktnu distribuciju

24 / 80

Page 25: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Kruskal-Wallisov test

Neparametarski analogon ANOVA testu s jednostrukomklasifikacijom.

U literaturi je poznat i pod nazivima

Kruskal-Wallis ANOVA

neparametarska ANOVA

Kao i Wilcoxon-Mann-Witneyev test, Kruskal-Wallisov test koristirangove, te su nazivi koji sadrže ANOVA loši.

Kruskal-Wallisov test usporeduje srednje rangove koristeciusporedbu varijanci rangova na isti nacin kao što je to napravljenou ANOVA testu.

KW test je proširenje Wilcoxon-Mann-Witneyevog testa nausporedbu više nezavisnih populacija.

25 / 80

Page 26: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Xi - slucajno izabrana jedinka iz i-te populacije

Nul hipoteza. H0 : P(Xi < Xj) = P(Xi > Xj)

za sve i 6= j , i , j = 1, . . . , k .

Alternativna hipoteza.

H1 : P(Xi < Xj) 6= P(Xi > Xj)

za neki i i j .

Kao i kod WMW testa, cesto se kao nul hipoteza koristi

Ocekivanja srednjeg ranga u uzorcima su jednaka.

ili jaca tvrdnja:

Distribucija obilježja je jednaka u svim populacijama.

Pretpostavke testa.Distribucija obilježja je neprekidno ili ordinalno.

Uzorci su izabrani nezavisno.26 / 80

Page 27: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Test.

Iz svake od k populacija nezavisno izaberemo po jedan uzorak(ne nužno iste velicine):ni - velicina uzorka iz i-te populacije (i = 1, . . . , k )

Svakom podatku se pridijeli rang iz kombiniranog uzorka.

Tako pridijeljeni rangovi poprimaju vrijednosti od 1 doN = n1 + n2 + . . .+ nk .

Ukoliko je obilježje jednako distribuirano unutar obje populacijetada se ocekuje da ce prosjecan rang biti podjednak za sveuzorka.

27 / 80

Page 28: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Podaci. Izracunamo rangove na kombiniranom uzorku.

Grupa

1 2 . . . k

X11 X21 . . . Xk1

X12 X22 . . . Xk2...

......

X1n1

......

... X2nk

X2n2

Grupa

1 2 . . . k

R11 R21 . . . Rk1

R12 R22 . . . Rk2...

......

R1n1

......

... R2nk

R2n2

R1 R2 . . . Rk

Ri srednja vrijednost rangova u i-tom uzorku28 / 80

Page 29: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Statistika.

KW =12

N(N + 1)

∑i

ni(Ri − R

)2

ni - velicina i-tog uzorka

N - velicina kombiniranog uzorka (N = n1 + n2 + . . .+ nk )

Ri - srednja vrijednost rangova u i-tom uzorku

R - srednja vrijednost rangova u kombiniranom uzorku.

Ukoliko je broj grupa veci od 3 (k ≥ 3) i velicina svakog uzorka veca od5 (ni ≥ 5), tada je razdioba statistike KW dobro aproksimirana χ2

razdiobom s k − 1 stupnjem slobode.

29 / 80

Page 30: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Izjednaceni rangovi

Kao i kod Wilcoxonovog testa, pretpostavlja se da je obilježjeneprekidno distribuirano te je vjerojatnost istih vrijednosti u dva (iliviše) mjerenja 0.

Ukoliko postoje izjednaceni rangovi, mjenja se varijanca rangovate treba korigirati KW statistiku.

KW statistika se dijeli s

1− 1N3 − N

g∑j=1

(t3j − tj

).

g - broj razlicitih vrijednosti za koje su rangovi izjednaceni

tj - broj opservacija s istom j-tom vrijednošcu (j = 1, . . . ,g)

30 / 80

Page 31: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

’Post-hoc’ testKao i ANOVA, Kruskal-Wallisov test u slucaju odbacivanja hipotezepokazuje da se populacije razlikuju ali ne daje odgovor na pitanje kojese populacije razlikuju.

’Post-hoc’ test: Dunnov test

31 / 80

Page 32: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Primjer. Trener želi usporediti tri razlicite metode treninga. Svaku odmetoda primijenio je na po n = 4 studenta. Nakon 30 dana ocijenjenaje uspješnost i ocjene su prikazane u tablici

Metoda Opservacije

Metoda 1 3 6 4 7

Metoda 2 11 8 10 7

Metoda 3 6 9 5 8

Jesu li sve tri metode jednako uspješne? Hipotezu testirajte uz razinuznacajnosti α = 0.05.

32 / 80

Page 33: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Rangiranje podataka.

3 4 5 6 6 7 7 8 8 9 10 11

1 2 3 4.5 4.5 6.5 6.5 8.5 8.5 10 11 12

1. uzorak 2. uzorak 3. uzorak

Ocjena Rang Ocjena Rang Ocjena Rang

3 1 11 12 6 4.5

6 4.5 8 8.5 9 10

4 2 10 11 5 3

7 6.5 7 6.5 8 8.5

Ri 3.5 9.5 6.5

33 / 80

Page 34: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Statistica

34 / 80

Page 35: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Definiranje varijabli.

35 / 80

Page 36: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

36 / 80

Page 37: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Rezultat medijan testa.

37 / 80

Page 38: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

Rezultat Kruskal-Wallisovog testa.

38 / 80

Page 39: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Kruskal-Wallisov test

’Post-hoc’ test.

39 / 80

Page 40: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

Test predznaka

Dizajn prije i poslije

Dva sparena uzorka.

X - obilježje prije tretmana

Y - obilježje poslije tretmana

Uzorci:

X1,X2, . . . ,Xn

Y1,Y2, . . . ,Yn

Promatra se razlika: Di = Yi − Xi

Ako tretman pozitivno utjece−→ ocekuje se veci broj pozitivnih vrijednosti Di .

Ako tretman negativno utjece−→ ocekuje se veci broj negativnih vrijednosti Di .

40 / 80

Page 41: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

S+ - broj pozitivnih razlika

S− - broj negativnih razlika

Ukoliko nema utjecaja tretmana S+ i S− bi trebala biti podjednaki.

Ako je distribucija obilježja prije i poslije tretmana ista, statistikaS+ distribuirana je prema binomnoj B(n,0.5) razdiobi.

Za veliki uzorak može se koristiti normalna aproksimacija:

z =S+ − n

2√n4

∼ N(0,1)

Ukoliko se pojedine vrijednosti prije i poslije tretmana poklapaju(Xi = Yi , tj. Di = 0), te opservacije treba iskljuciti iz uzorka.

41 / 80

Page 42: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

Primjer. U istraživanju utjecaja stimulansa na krvni tlak, istraživaci sudvanaestorici pacijenata dali stimulans. Svakom pacijentu je krvnitplak izmjeren prije i poslije davanja stimulansa.

Postoji li opravdanje za tvrdnju da stimulans povecava krvni tlak?

Krvni tlakPacijent Prije Poslije

(X ) (Y )1 120 1282 124 1313 130 1314 118 1275 140 1326 128 125

Krvni tlakPacijent Prije Poslije

(X ) (Y )7 140 1418 135 1379 126 11810 130 13211 126 12912 127 135

42 / 80

Page 43: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

Krvni tlakPrije Poslije Razlika(X ) (Y ) (D)120 128 8124 131 7130 131 1118 127 9140 132 -8128 125 -3

Krvni tlakPrije Poslije Razlika(X ) (Y ) (D)140 141 1135 137 2126 118 -8130 132 2126 129 3127 135 8

S+ = 9 S− = 3

43 / 80

Page 44: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

Statistica.

Izbor testa.

44 / 80

Page 45: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

Izbor varijabli.

45 / 80

Page 46: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

Test predznaka (Sign test).

46 / 80

Page 47: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Test predznaka

47 / 80

Page 48: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

Wilcoxonov test rangova s predznakom

Dizajn prije i poslije

Slicno kao i test predznaka jedino se u obzir uzimaju rangovirazlika Di = Yi − Xi .

Razlike Di se rangiraju po apsolutnim vrijednostima (bez obzira napredznak)

Ukoliko nema razlike izmedu obilježja (populacija) X i Y , tada bisuma rangova za negativne razlike trebala biti podjednaka kao isuma rangova za negativne razlike.

Statistika

T+ = zbroj rangova pozitivnih razlika

48 / 80

Page 49: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

Za veliki uzorak distribucija od T+ je približno normalna s

E(T+) =n(n + 1)

4

Var(T+) =n(n + 1)(2n + 1)

24

Statistika:

z =T+ − n(n+1)

4√n(n+1)(2n+1)

24

49 / 80

Page 50: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

Korekcija za izjednacene rangove:

C =

g∑j=1

(t3j − tj

).

g - broj razlicitih vrijednosti za koje su rangovi izjednaceni

tj - broj opservacija s istom j-tom vrijednošcu (j = 1, . . . ,g)

Korigirana statistika:

z =T+ − n(n+1)

4√n(n+1)(2n+1)

24 − C48

50 / 80

Page 51: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

Primjer s krvnim tlakom.

Krvni tlakPrije Poslije Razlika(X ) (Y ) (D)120 128 8124 131 7130 131 1118 127 9140 132 -8128 125 -3

Krvni tlakPrije Poslije Razlika(X ) (Y ) (D)140 141 1135 137 2126 118 -8130 132 2126 129 3127 135 8

Odredujemo rangove:

1 1 2 2 3 3 7 8 8 8 8 9

1.5 1.5 3.5 3.5 5.5 5.5 7 9.5 9.5 9.5 9.5 12

51 / 80

Page 52: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

Krvni tlakPrije Poslije Razlika Rang(X ) (Y ) (D)120 128 8 9.5124 131 7 7130 131 1 1.5118 127 9 12140 132 -8 9.5128 125 -3 5.5

Krvni tlakPrije Poslije Razlika Rang(X ) (Y ) (D)140 141 1 1.5135 137 2 3.5126 118 -8 9.5130 132 2 3.5126 129 3 5.5127 135 8 9.5

T+ = 9.5 + 7 + 1.5 + 12 + 1.5 + 3.5 + 3.5 + 5.5 + 9.5 = 53.5

52 / 80

Page 53: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

Statistica. Isto kao i za test predznaka.

53 / 80

Page 54: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

54 / 80

Page 55: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

55 / 80

Page 56: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Wilcoxonov test rangova s predznakom

Napomena. T je razlicit jer prikazuje zbroj rangova negativnih razlika(24.5 = 12 · 13/2− 53.5 )

56 / 80

Page 57: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Friedmanov test rangova

Usporedba tri ili više zavisnih populacija

Najcešce, ponovljena mjerenja.

Analogon ANOVA testu za ponovljena mjerenja

Generalizacija testa predznaka na veci broj populacija

Nul hipoteza. Distribucija obilježja je u svim populacijamajednaka.

Uzorak: n jedinki i k tretmana (ponovljenih mjerenja) Za svakujedinku.

57 / 80

Page 58: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Uzorak.

Tretman

Jedinka T. 1 T. 2. . . . T. k

1 X11 X21 . . . Xk1

2 X12 X22 . . . Xk2...

......

...

n X1n X2n . . . Xkn

58 / 80

Page 59: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Za svaku se jedinku izracunaju rangovi.

Tretman

Jedinka T. 1 T. 2. . . . T. k

1 R11 R21 . . . Rk1

2 R12 R22 . . . Rk2...

......

...

n R1n R2n . . . Rkn

R1 R2 . . . Rk

Za svaki tretman se izracuna prosjecni rang (Ri ).

Ukoliko je nul hipoteza tocna (distribucij su jednake), rangovi bi seunutar svakog tretmana trebali pojavljivati slucajno.

59 / 80

Page 60: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Statistika.

Fr =12

n · k · (k + 1)

∑i

R2i − 3 · n · (k + 1)

Za veliki uzorak i velik broj tretmana statistika je distribuirana približnoprema χ2 razdiobi s k − 1 stupnjem slobode:

Fr ∼ χ2(k − 1).

U slucaju izjednacenih rangova statistika Fr se korigira.

60 / 80

Page 61: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Primjer. (Iz ANOVA testa za ponovljena mjerenja)

Istraživac želi ispitati smanjenje osjecaja ravnoteže koji biciklisti osjetepovecanjem umora tijekom utrke.

Da bi izmjerio gubitak ravnoteže, istraživac je postavio trkaci bicikl naergometar s valjcima.

Na sredini prednjeg cilindra obojana je bijela traka širine 10 cm. Zadnjivaljak je povezan s kocionim sustavom da osigura otpor zadnjemkotacu. Pogreške u ravnoteži su mjerene brojanjem skretanja prednjegkotaca s bijele trake širine 10 cm.

Povecanjem otpora, povecava se umor i postaje sve teže održatiprednji kotac na bijeloj traci.

Ispitanik vozi bicikl 15 minuta. Taj interval je podijeljen u 3-minutneperiode za prikupljanje podataka.

Broj pogrešaka ravnoteže je mjeren u zadnjoj minuti 3-minutnogperioda i na kraju 3-minutnog perioda je povecan otpor.

61 / 80

Page 62: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Ispitanik Minuta 3 Minuta 6 Minuta 9 Minuta 12 Minuta 151 7 7 23 36 702 12 22 26 26 203 11 6 9 31 304 10 18 16 40 255 6 12 9 28 376 13 21 30 55 657 5 0 2 10 118 15 18 22 37 429 0 2 0 16 11

10 6 8 27 32 54

62 / 80

Page 63: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Broj pogrešakaIsp. M 3 M 6 M 9 M 12 M 15

1 7 7 23 36 702 12 22 26 26 203 11 6 9 31 304 10 18 16 40 255 6 12 9 28 376 13 21 30 55 657 5 0 2 10 118 15 18 22 37 429 0 2 0 16 1110 6 8 27 32 54

RangoviM 3 M 6 M 9 M 12 M 151.5 1.5 3 4 51 3 4.5 4.5 23 1 2 5 41 3 2 5 41 3 2 4 51 2 3 4 53 1 2 4 51 2 3 4 5

1.5 3 1.5 5 41 2 3 4 5

1.5 2.15 2.6 4.35 4.4

63 / 80

Page 64: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Statistica.

Izbor testa.

64 / 80

Page 65: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Izbor varijable.

65 / 80

Page 66: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

66 / 80

Page 67: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Friedmanov test rangova

Rezultat Friedmanovog testa.

67 / 80

Page 68: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Spearmanov koeficijent korelacije

Koeficijent korelacije mjeri povezanost dvije varijable.

Pearsonov koeficijent korelacije mjeri linearnu povezanost dvijevarijable.

Spearmanov koeficijent korelacije mjeri koreliranost rangova.

Alternativni naziv: Spearmanov koeficijent korelacije rangova.

68 / 80

Page 69: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Promatramo dva obilježja u populaciji: X i Y .

Uzorak velicine n:

X : X1,X2, . . . ,Xn

Y : Y1,Y2, . . . ,Yn

Za svaki uzorak odredimo rangove (unutar pojedinog uzorka):

R : R1,R2, . . . ,Rn

P : P1,P2, . . . ,Pn

Spearmanov koeficijent korelacije

rS =1

n − 1

∑i(Ri − R

) (Pi − P

)SR · SP

69 / 80

Page 70: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Jer su rangovi vrijednosti od 1 do n:

R = P =1n

(1 + 2 + . . .+ n) =n + 1

2i

S2R = S2

R =∑

i

(Ri − Ri)2 =

∑i

(i − n + 1

2

)2

=n(n2 − 1)

12.

Spearmanov koeficijent korelacije

rS =1

n − 1

∑i(Ri − n+1

2

) (Pi − n+1

2

)n(n2−1)

12

Ako s Di oznacimo razliku rangova: Di = Ri − Pi , Spearmanovkoeficijent korelacije je

rS = 1−6 ·∑

i D2i

n · (n2 − 1)

70 / 80

Page 71: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

−1 ≤ rS ≤ 1

Interpretacija koeficijenta je analogna interpretaciji Pearsonovogkoeficijenta, uz iznimku da se ne radi o linearnoj zavisnosti.

Vrijednosti Spearmanovog koeficijenta rS blizu 1 znaci da su vecevrijednosti obilježja X pridružene vecim vrijednostima obilježja Y .

Za rS blizu −1, vecim vrijednostima obilježja X pridružene sumanje vrijednosti obilježja Y .

71 / 80

Page 72: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Testiranje hipoteze o korelaciji rangova.

ρS - Spearmanov koeficijent korelacije za populaciju.

Može se testirati hipoteza o nepostojanju korelacije izmedurangova u populaciji:

H0 : ρS = 0.

Za testiranje hipoteze kao statistika se koristi Spearmanovkoeficijent korelacije rS.

72 / 80

Page 73: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Primjer. (iz Pearsonovog koeficijenta korelacije) Na osnovu uzorka od10 osoba procijenite koeficijent korelacije za visinu i težinu.

Visina Težina(cm) (kg)183 76163 52180 61168 64160 52157 48185 94155 46193 118173 57

73 / 80

Page 74: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Racunanje rangova.

Visina Težina Rang(cm) (kg) Visina Težina183 76 8 8163 52 4 3.5180 61 7 6168 64 5 7160 52 3 3.5157 48 2 2185 94 9 9155 46 1 1193 118 10 10173 57 6 5

Sada na rangovima izracunamo Pearsonov koeficijent korelacije.74 / 80

Page 75: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Statistica

Izbor testa

75 / 80

Page 76: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Izbor varijabli

76 / 80

Page 77: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

77 / 80

Page 78: NEPARAMETARSKI TESTOVI - Naslovnica

Neparametarski testovi Spearmanov koeficijent korelacije

Spearmanov koeficijent korelacije

Napomena. Pearsonov koeficijent korelacije je: r = 0.8906609.

78 / 80