Többszörös összehasonlítások

  • A jelenség, okai és a veszély mértéke
  • Általános megoldások
  • Bonferroni eljárása
  • Holm eljárása
  • A jelenség

    Vizsgáljuk meg, mi történik az elsõ fajú hibával, ha két teljesen független kisérletet végzünk, két teljesen független minta összehasonlításával.

    Ilyenkor két egymástól független hipotézisvizsgálatot végzünk, és két szignifikancia vizsgálatot, mindegyiket az alfa=0,05 szinten. Miután két független vizsgálatról van szó, ezért a két szignifikancia vizsgálat is függetlennek tekinthetõ. Tegyük fel azt is, hogy mindkét esetben a nullhipotézis hibás elvetésének a valószínûsége pontosan 0,05.

    Ha ekkor valójában mind a két null hipotézis érvényes, akkor a következõképen számíthatjuk ki annak valószínûségét, hogy legalább egyik nullhipotézist (hibásan) elvetjük.

    Jelölje P(s1)=0,05 az elsõ teszt esetében a fenti valószínûséget, P(s2)=0,05 a második teszt fenti valószínûségét.
    A két esemény együttes elõfordulásának valószínûsége P(s1)*P(s2), ami 0,05*0,05=0,0025

    A három lehetséges esemény: s1 önmagában, s2 önmagában, s1 és s2 együtt fordul elõ.

    A két független kisérlet esetében annak valószínûsége, hogy legalább az egyikben hibásan elvetjük a null hipotézist:

    p= 0,05+0,05-0,0025= 0,0975,
    ami lényegesen magasabb, mint az egy szignifikancia teszt esetében elfogadott 0,05.

    A fenti gondolatmenet k=10 független teszt elvégzése esetén p=1-(1-0,05^10)=0,4

    A független vizsgálatok számának növelésével jelentõsen növeljük annak valószínûségét, hogy olyan hatások létezését mondjuk ki, amelyek a valóságban nem léteznek.

    A gyakorlatban a fenti nehézséget tovább rontja az, hogy az ilyen többször elvégzett vizsgálatok esetén az egyes statisztikai tesztek egymástól nem függetlenek. Gyakori az, hogy kisérletekben az egyes változók nem függetlenek, azaz erõs korreláció lehet kettõ,vagy több változó között. Ilyenkor ha az egyik változó szignifikánsan eltér egy valamilyen változó értékétõl, akkor az elsõvel korreláló további változók eltérésének is nagyobb a valószínûsége.  Ez különösen erõsen jelentkezik az "önkontrollos" kisérletek esetében.

    Ha sok, valóban független mintával dolgozunk, akkor a minden lehetséges szignifikancia tesztet tekintve a tesztek nem függetlenek, noha a minták azok voltak. Ha példáúl egy mintában véletlenül elõfordulnak kis értékekek, akkor azok minden olyan összehasonlítást érinteni fognak, amelyben ez az adott minta résztvesz.

    Összefoglalva:

    A Bonferroni eljárás

    Ha a fenti jelenség ismeretében az egyes döntések szignifikancia szintjét szigorítjuk, akkor találhatunk olyan szintet, amelyet alkalmazva az egyes döntéseknél elérhetjük, hogy az aggregált döntések együttes szignifikancia szintje a meghatározott értéket ne lépje túl.

    A részdöntésenkénti szint alacsonyabb, mint a kisérletenkénti szint.

    Jelölje az alfa* a részdöntésekben alkalmazandó szignifikancia szintet, amely k darab alkalmazás után a kisérletenkénti alfa szintet eredményezi.

    alfa*=1-(1-alfa)exp(1/k), másképen az (1-alfa) k-adik gyökét kell vonnunk, és az kivonni 1-bõl.

    Ha k=6, akkor (1-0,05)=0,95, és ennek az ötödik gyöke 0,9898,

    a részdöntésenként alkalmazandó alfa*= 0,0102,
    és az 5 összehasonlítás együttes szignifikancia szintje 0,05 marad.

    Ha a függetleneség is bionytalan, akkor alfa*=alfa/k

    Az eljárás elég konzervatív, ezért ha van jobb lehetõségünk, ne a Bonferroni eljárást válasszuk.

    Holm eljárása

    A Bonferroni eljáráshoz hasonlítva elvileg legalább olyan jó, és maximum olyan konzervativ a Holm féle eljárás.

    Ehhez az eljáráshoz minden elvégezni kivánt szignifikancia teszthez kiszámitjuk a nullhipotézis hibás elvetésének a valószínûségét. Ha k tesztet vézünk akkor a p1, p2, ..., pk valószínûséget táblázatba foglaljuk emelkedõ sorrendben.
     
     

    Teszt
    Valószínûség
    Küszöb
    Érték 
    (ha alfa=0,05, és k=5)
    1 p1 alfa/k 0,01
    2 p2 (>p1) alfa/(k-1) 0,0125
    3 p3 (>p2) alfa/(k-2) 0,0166.
    4 p4 (>p3) alfa/(k-3) 0,025
    5 p5 (>p4) alfa/(k-4), 
    azaz alfa
    0,05
    1. Az eljárást a legkisebb valószínûséggel kell kezdeni, és ha ez nem kisebb, mint a hozzárendelt küszöbérték, akkor az eljárás befejezõdik, kimondjuk, hogy az öt összehasonlítás egyike sem szignifikáns a 0,05 szignifikancia szinten.
    2. A második összehasonlítást (az elsõnél p1 <alfa/k esetén) az alfa/(k-1) küszöbbel végezzük. Ha p2 nem kisebb mint alfa/(k-1), akkor kimondjuk, hogy a kisérletben csak az elsõ teszt eredménye volt szignifikáns a p=0,05 szignifikancia szinten.
    3. A harmadik összehasonlítást (a másodiknál p2 <alfa/(k-1) esetén) az alfa/(k-2) küszöbbel végezzük, stb.
    4. .....
    5. Az ötödik össehasonlítást (ha az elõzõ négy p érték  mind kisebb a hozzárendelhetõ küszöbértéknél) az alfa=0,05 szint alkalmazásával végezzük, és ha p5 <0,05, akkor mind az 5 szignifikancia tesztról kimondható, hogy szignifikáns a p=0,05 szinten.
    Holm eljárása legalább annyi szignifikáns eredményt ad azonos feltételek mellett, mint a Bonferroni eljárás. Nem jelent számottevõen több munkát, csak gondolni kell alkalmazására.

    Egyes módszerekhez kötött eljárások (paraméteres esetek)

    A nem-paraméteres eljárások esete

    A nem-paraméteres több csoportos eljárásokhoz nem ismerünk olyan többszörös összejhasonlító eljárásokat, amelyek a fentiektõl eltérnének, ezért csak ilyen megoldásokat ajánlhatunk akkor, ha a Kruskal-Wallis, vagy a Friedman féle eljárások szignifikáns eredményt adtak.

    A paraméteres eljárások esete

    Errõl a témáról az ANOVA tárgyalásakor lesz szó.

    Ezen eljárások családja igen kiterjedt, és elsõsorban a variancia elemzésére alapozottak (analysis of variance, ANOVA) esetében számos szimultán alkalmazható, többszörös összehasonlító eljárás ismert.

    Az egyes eljárások alkalmazhatósága, elõnyei és hátrányai viszonylag jól ismertek, az eljárások egy része az ismertebb statisztikai programcsomagokban hozzáférhetõ, bár csak egyszerûbb formájukban.

    A kisérleti eredmények kiértékelése akkor optimális hatásfokú , ha a helyzethez legjobb eljárást alkalmazzuk. Ekkor tévedünk legkevesebbet, és dolgozunk a legjobb lehetséges hatásfokkal, mind a befektetett pénz, élõmunka szempontjából (és állatkisérletek, vagy klinikai vizsgálatok esetében igy okozzuk a legkevesebb szenvedést, bizonytalanságot).

    A lap eleje