logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek, M. Cvanová, J. Kalina Statistické testování logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Statistické testování – základní pojmy Nulová hypotéza HO Alternativní hypotéza HA Testová statistika Kritický obor testové statistiky 0 T Pozorovaná hodnota – Očekávaná hodnota Variabilita dat Testová statistika = HO: sledovaný efekt je nulový HA: sledovaný efekt je různý mezi skupinami * Velikost vzorku Statistické testování odpovídá na otázku zda je pozorovaný rozdíl náhodný či nikoliv. K odpovědi na otázku je využit statistický model – testová statistika. logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Možné chyby při testování hypotéz Závěr testu Hypotézu nezamítáme Hypotézu zamítáme β 1- β 1- α α —I přes dostatečnou velikost vzorku a kvalitní design experimentu se můžeme při rozhodnutí o zamítnutí/nezamítnutí nulové hypotézy dopustit chyby. Správné rozhodnutí Správné rozhodnutí Chyba II. druhu Chyba I. druhu logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Význam chyb při testování hypotéz Pravděpodobnost chyby 1. druhu a Pravděpodobnost nesprávného zamítnutí nulové hypotézy Pravděpodobnost chyby 2. druhu b Pravděpodobnost nerozpoznání neplatné nulové hypotézy Síla testu 1-b Pravděpodobnostně vyjádřená schopnost rozpoznat neplatnost hypotézy logo-IBA P-hodnota —Významnost hypotézy hodnotíme dle získané tzv. p-hodnoty, která vyjadřuje pravděpodobnost, s jakou číselné realizace výběru podporují H0, je-li pravdivá. —P-hodnotu porovnáme s α (hladina významnosti, stanovujeme ji na 0,05, tzn., že připouštíme 5 % chybu testu, tedy, že zamítneme H0, ačkoliv ve skutečnosti platí). —P-hodnotu získáme při testování hypotéz ve statistickém softwaru. — —Je-li p-hodnota ≤ α, pak H0 zamítáme na hladině významnosti α a přijímáme HA. —Je-li p-hodnota > α, pak H0 nezamítáme na hladině významnosti α. — —P-hodnota vyjadřuje pravděpodobnost za platnosti H0, s níž bychom získali stejnou nebo extrémnější hodnotu testové statistiky. logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Parametrické vs. neparametrické testy Parametrické testy Neparametrické testy •Mají předpoklady o rozložení vstupujících dat (např. normální rozložení) •Při stejném N a dodržení předpokladů mají vyšší sílu testu než testy neparametrické •Pokud nejsou dodrženy předpoklady parametrických testů, potom jejich síla testu prudce klesá a výsledek testu může být zcela chybný a nesmyslný •Nemají předpoklady o rozložení vstupujících dat, lze je tedy použít i při asymetrickém rozložení, odlehlých hodnotách, či nedetekovatelném rozložení •Snížená síla těchto testů je způsobena redukcí informační hodnoty původních dat, kdy neparametrické testy nevyužívají původní hodnoty, ale nejčastěji pouze jejich pořadí logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek One-sample vs. two sample testy Jednovýběrové testy (one-sample) Dvouvýběrové testy (two-sample) •Srovnávají jeden vzorek (one sample, jednovýběrové testy) s referenční hodnotou (popřípadě se statistickým parametrem cílové populace). •V testu je tedy srovnáváno rozložení hodnot (vzorek) s jediným číslem (referenční hodnota, hodnota cílové populace). •Otázka položená v testu může být vztažena k průměru, rozptylu, podílu hodnot i dalším statistickým parametrům popisujícím vzorek. •Srovnávají navzájem dva vzorky (two sample, dvouvýběrové testy). •V testu jsou srovnávány dvě rozložení hodnot. •Otázka položená v testu může být opět vztažena k průměru, rozptylu, podílu hodnot i dalším statistickým parametrům popisujícím vzorek. •Kromě testů pro dvě skupiny hodnot existují samozřejmě i testy pro více skupin dat. logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Nepárový vs. párový design Nepárový design Párový design •Skupiny srovnávaných dat jsou na sobě zcela nezávislé (též nezávislý, independent design), např. lidé z různých zemí, nezávislé skupiny pacientů s odlišnou léčbou atd. •Při výpočtu je nezbytné brát v úvahu charakteristiky obou skupin dat •Mezi objekty v srovnávaných skupinách existuje vazba, daná např. člověkem před a po operaci, reakce stejného kmene krys atd. •Vazba může být buď přímo dána nebo pouze předpokládána (v tom případě je nutné ji ověřit) •Test je v podstatě prováděn na diferencích skupin, nikoliv na jejich původních datech > logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Statistické testy a normalita dat —Normalita dat je jedním z předpokladů tzv. parametrických testů (testů založených na předpokladu nějakého rozložení) – např. t-testy —Pokud data nejsou normální, neodpovídají ani modelovému rozložení, které je použito pro výpočet (t-rozložení) a test tak může lhát — —Řešením je tedy: ¡Transformace dat za účelem dosažení normality jejich rozložení ¡Neparametrické testy – tyto testy nemají žádné předpoklady o rozložení dat Typ srovnání Parametrický test Neparametrický test 2 skupiny dat nepárově: Nepárový t-test Mann-Whitneyův test 2 skupiny dat párově: Párový t-test Wilcoxonův test znaménkový test Více skupin nepárově: ANOVA Kruskal- Wallisův test Korelace: Pearsonův koeficient Spearmanův koeficient Kendallův koeficient logo-IBA logomuni Shrnutí statistických testů Typ srovnání Nulová hypotéza Parametrický test Neparametrický test 1 skupina dat vs. etalon Střední hodnota je rovna hodnotě etalonu. jednovýběrový t-test Mann-Whitneyův test 2 skupiny dat nepárově Obě skupiny hodnot pochází ze stejného rozdělení. nepárový t-test Mann-Whitneyův test 2 skupiny dat párově Zkoumaný efekt mezi páry hodnot je nulový. Párový t-test Wilcoxonův test; znaménkový test shoda rozdělení rozdělení dat ve skupině odpovídá teoretickému (vybranému) rozdělení. Shapiro-Wilksův test; Kolmogorovův-Smirnovův test; test dobré shody χ2 test, test dobré shody homoskedasticita (shoda rozptylů) rozptyl obou (všech) skupin je shodný. Levenův test - více skupin nepárově Zkoumaný efekt mezi skupinami hodnot je nulový. ANOVA Kruskal- Wallisův test korelace Neexistuje (příčinná, důsledková) vazba mezi skupinami hodnot. Pearsonův koeficient Spearmanův koeficient; Kendallův koeficient logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Testy normality —Testy normality pracují s nulovou hypotézou, že není rozdíl mezi zpracovávaným rozložením a normálním rozložením. Vždy je ovšem dobré prohlédnout si i histogram, protože některé odchylky od normality, např. bimodalitu některé testy neodhalí. Test dobré shody V testu dobré shody jsou data rozdělena do kategorií (obdobně jako při tvorbě histogramu), tyto intervaly jsou normalizovány (převedeny na normální rozložení) a podle obecných vzorců normálního rozložení jsou k nim dopočítány očekávané hodnoty v intervalech, pokud by rozložení bylo normální. Pozorované normalizované četnosti jsou poté srovnány s očekávanými četnostmi pomocí c2 testu dobré shody. Test dává dobré výsledky, ale je náročný na n, tedy množství dat, aby bylo možné vytvořit dostatečný počet tříd hodnot. logo-IBA Vytvořil Institut biostatistiky a analýz, Masarykova univerzita J. Jarkovský, L. Dušek Testy normality Kolgomorovův-Smirnovův test Tento test je často používán, dokáže dobře najít odlehlé hodnoty, ale počítá spíše se symetrií hodnot než přímo s normalitou. Jde o neparametrický test pro srovnání rozdílu dvou rozložení. Je založen na zjištění rozdílu mezi reálným kumulativním rozložením (vzorek) a teoretickým kumulativním rozložením. Měl by být počítán pouze v případě, že známe průměr a směrodatnou odchylku hypotetického rozložení, pokud tyto hodnoty neznáme, měla by být použita jeho modifikace – Lilieforsův test. kolmosmir.jpg Shapiro-Wilkův test Jde o neparametrický test použitelný i při velmi malých n (10) s dobrou sílou testu, zvláště ve srovnání s alternativními typy testů, je zaměřen na testování symetrie.