《R语言实战》自学笔记57-ANOVA模型拟合

Python019

《R语言实战》自学笔记57-ANOVA模型拟合,第1张

虽然ANOVA和回归方法都是独立发展而来,但是从函数形式上看,它们都是广义线性模型

的特例。

aov(formula, data = dataframe)

表中y是因变量,字母A、B、C代表因子。

表中小写字母表示定量变量,大写字母表示组别因子,Subject是对被试者独有的标识变量。

表达式中效应的顺序在两种情况下会造成影响:

(a)因子不止一个,并且是非平衡设计;

(b)存在协变量。出现任意一种情况时,等式右边的变量都与其他每个变量相关。此时,我们无法清晰地划分它们对因变量的影响。

R默认类型I(序贯型)方法计算ANOVA效应(参考补充内容“顺序很重要!”)。可以这样写:y ~ A + B + A:B。

R中的ANOVA表的结果将评价:

 A对y的影响;

控制A时,B对y的影响;

控制A和B的主效应时,A与B的交互效应。

样本大小越不平衡,效应项的顺序对结果的影响越大。一般来说,越基础性的效应越需要放在表达式前面。具体来讲,首先是协变量,然后是主效应,接着是双因素的交互项,再接着是三因素的交互项,以此类推。对于主效应,越基础性的变量越应放在表达式前面,因此性别要放在处理方式之前。有一个基本的准则:若研究设计不是正交的(也就是说,因子和/或协变量相关),一定要谨慎设置效应的顺序。

参考资料:

R语言基本数据分析

本文基于R语言进行基本数据统计分析,包括基本作图,线性拟合,逻辑回归,bootstrap采样和Anova方差分析的实现及应用。

不多说,直接上代码,代码中有注释。

1. 基本作图(盒图,qq图)

#basic plot

boxplot(x)

qqplot(x,y)

2. 线性拟合

#linear regression

n = 10

x1 = rnorm(n)#variable 1

x2 = rnorm(n)#variable 2

y = rnorm(n)*3

mod = lm(y~x1+x2)

model.matrix(mod) #erect the matrix of mod

plot(mod) #plot residual and fitted of the solution, Q-Q plot and cook distance

summary(mod) #get the statistic information of the model

hatvalues(mod) #very important, for abnormal sample detection

3. 逻辑回归

#logistic regression

x <- c(0, 1, 2, 3, 4, 5)

y <- c(0, 9, 21, 47, 60, 63) # the number of successes

n <- 70 #the number of trails

z <- n - y #the number of failures

b <- cbind(y, z) # column bind

fitx <- glm(b~x,family = binomial) # a particular type of generalized linear model

print(fitx)

plot(x,y,xlim=c(0,5),ylim=c(0,65)) #plot the points (x,y)

beta0 <- fitx$coef[1]

beta1 <- fitx$coef[2]

fn <- function(x) n*exp(beta0+beta1*x)/(1+exp(beta0+beta1*x))

par(new=T)

curve(fn,0,5,ylim=c(0,60)) # plot the logistic regression curve

3. Bootstrap采样

# bootstrap

# Application: 随机采样,获取最大eigenvalue占所有eigenvalue和之比,并画图显示distribution

dat = matrix(rnorm(100*5),100,5)

no.samples = 200 #sample 200 times

# theta = matrix(rep(0,no.samples*5),no.samples,5)

theta =rep(0,no.samples*5)

for (i in 1:no.samples)

{

j = sample(1:100,100,replace = TRUE)#get 100 samples each time

datrnd = dat[j,]#select one row each time

lambda = princomp(datrnd)$sdev^2#get eigenvalues

# theta[i,] = lambda

theta[i] = lambda[1]/sum(lambda)#plot the ratio of the biggest eigenvalue

}

# hist(theta[1,]) #plot the histogram of the first(biggest) eigenvalue

hist(theta)#plot the percentage distribution of the biggest eigenvalue

sd(theta)#standard deviation of theta

#上面注释掉的语句,可以全部去掉注释并将其下一条语句注释掉,完成画最大eigenvalue分布的功能

4. ANOVA方差分析

#Application:判断一个自变量是否有影响 (假设我们喂3种维他命给3头猪,想看喂维他命有没有用)

#

y = rnorm(9)#weight gain by pig(Yij, i is the treatment, j is the pig_id), 一般由用户自行输入

#y = matrix(c(1,10,1,2,10,2,1,9,1),9,1)

Treatment <- factor(c(1,2,3,1,2,3,1,2,3)) #each {1,2,3} is a group

mod = lm(y~Treatment) #linear regression

print(anova(mod))

#解释:Df(degree of freedom)

#Sum Sq: deviance (within groups, and residuals) 总偏差和

# Mean Sq: variance (within groups, and residuals) 平均方差和

# compare the contribution given by Treatment and Residual

#F value: Mean Sq(Treatment)/Mean Sq(Residuals)

#Pr(>F): p-value. 根据p-value决定是否接受Hypothesis H0:多个样本总体均数相等(检验水准为0.05)

qqnorm(mod$residual) #plot the residual approximated by mod

#如果qqnorm of residual像一条直线,说明residual符合正态分布,也就是说Treatment带来的contribution很小,也就是说Treatment无法带来收益(多喂维他命少喂维他命没区别)

如下面两图分别是

(左)用 y = matrix(c(1,10,1,2,10,2,1,9,1),9,1)和

(右)y = rnorm(9)

的结果。可见如果给定猪吃维他命2后体重特别突出的数据结果后,qq图种residual不在是一条直线,换句话说residual不再符合正态分布,i.e., 维他命对猪的体重有影响。