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单因素方差分析分析 ​

零假设 ​

Ho 假设:

H0:μ1=μ2=⋯=μk
  • μ1 到 μk 代表 k 个组的总体均值

示例:

比较 4 种肥料对作物产量的影响 H0: 肥料 A/B/C/D 组的平均产量完全相同

线性回归视角 ​

模型假设 ​

yij=μ+αi+ϵij,ϵij∼N(0,σ2)

其中:

  • yij:第 i 组中第 j 个观测
  • μ:总体平均水平
  • αi:第 i 组的效应(组偏差)
  • ϵij:随机误差
  • i:行
  • j:列

例如:

编号ABC
I432
II554
III653
IV765
IIV869
组平均654.2

分解变异(计算平方和) ​

总平方和(SST):所有数据与总体平均数 μ 的偏差 ​

SST=∑i=13∑j=15(yij−μ)2=(4−5.33)2+⋯+(9−5.33)2=54.67

组间平方差(SSB):组均值与 μ 的偏差(固定效应 ϵ) ​

SSB=∑i=13ni(yi¯−μ)2=5×(6−5.33)2+⋯+5×(5−5.33)2=5.33

组内平方和(SSE):组内数据 yij 与组均值 yi¯ 的偏差(反应随机误差 ϵij) ​

SSE=∑i=13∑j=15(yij−yi¯)

上述均满足:

SST=SSB+SSE

计算均方与 F 统计量 ​

均方 ​

来源平方和(SS)自由度(df)均方(MS = SS/df)
组间SSAk−1MSA=SSA/(k−1)
组内SSEN−kMSE=SSE/(N−k)
总体SST = SSA + SSEN−1—
总自由度=组间自由度+组内自由度⇒N−1=(k−1)+(N−k)

F 统计量 ​

F=MSAMSE

ANOVA 表标准格式 ​

变异来源自由度 (df)平方和 (SS)均方 (MS = SS/df)F 值
组间(因素A)k−1SSAMSA=SSAk−1F=MSAMSE
组内(误差)N−kSSEMSE=SSEN−k—
总体N−1SST = SSA + SSE——

结论 ​

要根据 F 分布密度曲线来下结论,一般来说是右侧单尾检验:

图片来源:https://blog.sciencenet.cn/blog-292361-1101359.html

如果落在右侧,即否定原假设,认为不完全相同,有可能犯第一类错误,概率为 α

如果落在左侧,即认可原假设,可以认为这两组完全相同,有可能犯第二类错误

快速计算公式 ​

校正因子(CT) ​

CT=T2n=(Tn)2×(n)=n×μ2

总平方和(SST) ​

将每个样本平方,然后减去校正因子(CT),得到所有数据和平均数的偏差

SST=∑y2−CT

组间平方差(SSB) ​

SSB=∑Ti2n−CT

同理,可以将 Ti2n 进行变形:

Ti2n=(Tin)2×n=(组间平均数)2×ni

组内平方差(SSE) ​

SSE=SST−SSB

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