Назначения критерия
Критерий χ2 применяется в двух целях;
1) для сопоставления эмпирического распределения признака с теоретическим (равномерным, нормальным или каким-то иным);
2) для сопоставления двух, трех или более эмпирических распределений одного и того же признака, то есть для проверки их однородности;
3) для оценки стохастической (вероятностной) независимости в системе случайных событий;
и т.д.
Описание критерия
Критерий χ2 отвечает на вопрос о том, с одинаковой ли частотой встречаются разные значения признака в эмпирическом и теоретическом распределениях или в двух и более эмпирических распределениях.
Преимущество метода состоит в том, что он позволяет сопоставлять распределения признаков, представленных в любой шкале, начиная от шкалы наименований. В самом простом случае альтернативного распределения ("да - нет", "допустил брак - не допустил брака", "решил задачу - не решил задачу" и т. п.) мы уже можем применить критерий χ2.
Ограничения критерия
1. Объем выборки должен быть достаточно большим: N>30. При N<30 критерий χ2 дает весьма приближенные значения. Точность критерия повышается при больших N.
2. Теоретическая частота для каждой ячейки таблицы не должна быть меньше 5: f ≥ 5. Это означает, что если число разрядов задано заранее и не может быть изменено, то мы не можем применять метод χ2, не накопив определенного минимального числа наблюдений. Если, например, мы хотим проверить наши предположения о том, что частота обращений в телефонную службу Доверия неравномерно распределяются по 7 дням недели, то нам потребуется 5-7=35 обращений. Таким образом, если количество разрядов ( k ) задано заранее, как в данном случае, минимальное число наблюдений (Nmin) определяется по формуле: .
3. Выбранные разряды должны "вычерпывать" все распределение, то есть охватывать весь диапазон вариативности признаков. При этом группировка на разряды должна быть одинаковой во всех сопоставляемых распределениях.
4. Необходимо вносить "поправку на непрерывность" при сопоставлении распределений признаков, которые принимают всего 2 значения. При внесении поправки значение χ2, уменьшается (см. пример с поправкой на непрерывность).
5. Разряды должны быть неперекрещивающимися: если наблюдение отнесено к одному разряду, то оно уже не может быть отнесено ни к какому другому разряду. Сумма наблюдений по разрядам всегда должна быть равна общему количеству наблюдений.
Алгоритм расчета критерия χ2
1. Составить таблицу взаимной сопряженности значений признаков следующего вида (по сути это двумерный вариационный ряд, в котором указываются частоты появления совместных значений признака) — таблица 14. В таблице располагаются условные частоты, которые мы обозначим в общем виде как fij. Например, число градаций признака х равно 3 (k=3), число градаций признака у равно 4 (m=4); тогда i меняется от 1 до k, а j меняется от 1 до m.
Таблица 15
х у | х1 | х2 | х3 | ∑ |
у1 | f11 | f21 | f31 | f –1 |
у2 | f12 | f22 | f32 | f –2 |
у3 | f13 | f23 | f33 | f –3 |
у4 | f14 | f24 | f34 | f –4 |
∑ | f1– | f2– | f3– | N |
2. Далее для удобства расчетов преобразуем исходную таблицу взаимной сопряженности в таблицу следующего вида (таблица 16), располагая столбики с условными частотами один под другим: Занести в таблицу наименования разрядов (столбцы 1 и 2) и соответствующие им эмпирические частоты (3-й столбец).
Таблица 16
х | у | fij | fij* | fij – fij* | (fij – fij*)2 | (fij – fij*)2/ fij* |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
х1 | у1 | f11 | f11* | |||
х1 | у2 | f12 | f12* | |||
х1 | у3 | f13 | f13* | |||
х1 | у4 | f14 | f14* | |||
х2 | у1 | f21 | f21* | |||
х2 | у2 | f22 | f22* | |||
х2 | у3 | f23 | f23* | |||
х2 | у4 | f24 | f24* | |||
х3 | у1 | f31 | f31* | |||
х3 | у2 | f32 | f32* | |||
х3 | у3 | f33 | f33* | |||
х3 | у4 | f34 | f34* | |||
∑=…………. |
3. Рядом с каждой эмпирической частотой записать теоретическую частоту (4-й столбец), которая вычисляется по следующей формуле (итоговая частоты по соответствующей строчке умножается на итоговую частоту по соответствующему столбику и делится на общее количество наблюдений):
4. Подсчитать разности между эмпирической и теоретической частотой по каждому разряду (строке) и записать их в 5-й столбец.
5. Определить число степеней свободы по формуле: ν =( k -1)( m -1) , где k - количество разрядов признака х, m — количество разрядов признака у.
Если ν=1, внести поправку на "непрерывность" и записать её в столбце 5а.
Поправка на непрерывность состоит в том, что от разности между условной и теоретической частотой отнимается еще 0,5. Тогда заголовки столбиков в нашей таблице будет выглядеть следующим образом:
Таблица 17
х | у | fij | fij* | fij – fij* | fij – fij * – 0,5 | (fij – fij* – 0,5)2 | (fij – fij* – 0,5)2/ fij* |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 5а | 6 | 7 |
6. Возвести в квадрат полученные разности и занести их в 6-й столбец.
7. Разделить полученные квадраты разностей на теоретическую частоту и записать результаты в 7-й столбец.
8. Просуммировать значения 7-го столбца. Полученную сумму обозначить как χ2эмп.
9. Правило принятия решения:
Расчетное значение критерия необходимо сравнить с критическим (или табличным) значением. Критическое значение находится в зависимости от числа степеней свободы по таблице критических значений критерия χ2 Пирсона.
Если χ2расч ≥ χ2табл , то расхождения между распределениями статистически достоверны, или признаки изменяются согласованно, или связь между признаками статистически значима.
Если χ2расч < χ2табл , то расхождения между распределениями статистически недостоверны, или признаки изменяются несогласованно, или связи между признаками нет.
Прежде чем рассматривать меры связи дальше, необходимо освоить такую процедуру как ранжирование.
Ранжирование
Ранжирование — это процедура, при которой значения признака заменяются рангами.
Ранг — это порядковое место значения в упорядоченном ряду всех значений.
Правила ранжирования
1. Меньшему значению присваивается меньший ранг. Наименьшему значению начисляется ранг 1. Наибольшему значению начисляется ранг, соответствующий количеству ранжируемых значений, за исключением тех случаев, которые предусмотрены правилом 2.
Если, например, N=7, то наибольшее значение получит ранг 7 (за исключением тех случаев, которые описаны правилом 2).
2. В случае, если несколько значений равны, им начисляется ранг, представляющий собой среднее значение из тех рангов, которые они получили бы, если бы были не равны.
Например, три наименьших значения равны 15 секундам. Следующее значение в ряду значений равно 17 секундам. Первые три равных значения занимают в ряду 1-е, 2-е и 3-е места, на 4-м месте стоит следующее по величине значение — 17 секунд и т.д. Каждое из равных значений получает средний ранг 2, а значение 17 — ранг 4.
Допустим, следующие два значения равны 19 секундам. Они занимают 5-е и 6-е места в ряду значений и должны были бы получить 5-й и 6-й ранги, если бы были не равны. Но, поскольку они равны, то получают средний ранг, равный 5,5.
3. Общая сумма проставленных рангов должна совпадать с расчетной суммой рангов, которая определяется по формуле:
Несовпадение реальной и расчетной сумм рангов свидетельствует об ошибке, допущенной при начислении рангов и/или их суммировании. Поэтому прежде чем продолжить работу необходимо найти ошибку и устранить ее.
Дата: 2019-11-01, просмотров: 223.