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R语言方差分析介绍含实例分析,⽅差分析(analysis of variance ,ANOVA)就是通过检验各总体的均值是否相等来判断分类型⾃变量对数值型因变量是否有显著影响.
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R语⾔——⽅差分析
⼀、⽅差分析的基本概念⼀、⽅差分析的基本概念
⽅差分析是在20世纪20年代发展起来的⼀种统计⽅法,它是由英国统计学家费希尔在进⾏实验设计时为解释实验数据⽽⾸先引⼊的。
从形式上看,⽅差分析是⽐较多个总体的均值是否相等;但是其本质上是研究变量之间的相互关系。⽅差分析主要⽤于研究⼀个数值因变量
与⼀个或多个分类⾃变量的关系。
根据⽅差分析的计算⽅法给⽅差分析下⼀个定义:
⽅差分析(analysis of variance ,ANOVA)就是通过检验各总体的均值是否相等来判断分类型⾃变量对数值型因变量是否有显著影响。
⼆、利⽤实例讲解⽅差分析的应⽤
假设某私⽴学校具有⼩学、初中、⾼中三个⽔平的学⽣,每个⽔平阶段的学⽣每个学期都会进⾏⼀次期末考试。另外假设⼩学共抽取10个
班级,初中抽取9个班级,⾼中抽取8个班级。
每个班级期末考试的平均分分别⽤Ai(i=1,2,...,10)、Bj(j=1,2,...,9)和Ck(k=1,2,...,8)表⽰,为了⽐较各个⽔平阶段的班级平均分是否有显著
性差异,就可以使⽤⽅差分析。
这⾥的阶段就是因素,也称之为因⼦,因⼦的三个取值:⼩学、初中、⾼中,称为⽔平或处理。
阶段
⼩学
初中
⾼中
1
90
87
80
2
90
88
79
3
89
90
80
4
88
78
89
5
89
89
87
6
91
90
86
7
96
80
89
8
88
81
83
9
80
82
10
90
为了更为直观地观察各⽔平平均值,绘制箱线图如下:
由于以上数据只涉及到⼀个分类⾃变量,即阶段,因此属于单因素⽅差分析。
从箱线图可以看出,各⽔平学⽣的平均分存在⼀定的差异,但是这种差异显著不显著,还需要进⼀步分析。
同时,各个⽔平的⽅差看起来也不尽相同。
⼆、⽅差分析的基本思想⼆、⽅差分析的基本思想
由以上分析可以看出,虽然各个⽔平的学⽣平均分存在差异,但是其⽅差也有差别,⽅差分析的基本思想就是弄清楚影响因变量取值的误差
来源,以判断是否是分类⾃变量对因变量产⽣影响。
在上述数据中,各组数据的误差主要来源于以下⼏个部分。
⾸先,即使是同⼀组的数据,其取值也具有差别,这是因为班级是随机抽取的,因此他们之间的差异可以看作是随机因素的影响造成的,或
者说是由抽样的随机性造成的,这种来⾃⽔平内部的误差称之为组内误差,显然,组内误差只含有随机误差。
其次,各组的取值不同。来⾃不同⽔平之间的误差称为组间误差,这种差异可能来⾃于随机误差,也可能来⾃于因⼦本⾝的系统性误差造成
的系统误差。因此,组内误差包含有可能包含两个⽅⾯,即随机误差和系统误差。
最后,总误差为组内误差与组间误差之和。
这样,就把造成因变量的差异的误差分解成组内误差和组间误差。
即
总误差=组内误差+组间误差
如果组内误差与组间误差相差太⼤,说明组间误差存在很⼤成分的系统误差,这时候就可以认为各⽔平均值显著不等。
将组间误差与总误差的⽐值定义为关系强度R
2
,即
R
2
=
将各平⽅和除以对应的⾃由度,则得到相应的均⽅,也称为⽅差。
SST的⾃由度为n-1
SSA的⾃由度为k-1
SSE的⾃由度为n-k
三、⽅差分析的基本假设三、⽅差分析的基本假设
(1)各总体的⽅差必须相等
(2)各总体必须服从正态分布
(3)各观测值相互独⽴
四、⽅差分析的类型四、⽅差分析的类型
根据影响因变量的因素个数,可以把⽅差分析分为单因素⽅差分析和双因素⽅差分析。
如果是双因素⽅差分析,根据两个因素的交互作为是否对因变量产⽣影响可分为⽆交互作⽤的双因素⽅差分析和有交互作⽤的双因素⽅差分
析。
五、⽅差分析的五、⽅差分析的R语⾔实现语⾔实现
(⼀)⽅差分析基本假设的检验
将数据在R语⾔中以列表形式存储,
> ave_score
$primary
[1] 90 90 89 88 89 91 96 88 80 90
$junior
[1] 87 88 90 78 89 90 80 81 82
$senior
[1] 80 79 80 89 87 86 89 83
1、⽅差齐性检验
(1)Bartlett检验(Bartlett检验也可以接受⼀个数据框为输⼊,结构与下⾯的Levene检验相同。此⽅法⽐较适合⽤于总体服从正态分布
的检验)
> bartlett.test(ave_score)
Bartlett test of homogeneity of variances
data: ave_score
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emma20080101
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