9随机误差的统计学基本分析
统计学必考

统计学(Statistics):运用概率论、数理统计的原理与方法,研究数据的搜集;分析;解释;表达的科学。
总体(population):大同小异的研究对象全体。
更确切的说,总体是指根据研究目的确定的、同质的全部研究单位的观测值。
样本(sample):来自总体的部分个体,更确切的说,应该是部分个体的观察值。
样本应该具有代表性,能反映总体的特征。
利用样本信息可以对总体特征进行推断。
抽样误差(sampling error)在抽样过程中由于抽样的偶然性而出现的误差。
表现为总体参数与样本统计量的差异,以及多个样本统计量之间的差异。
可用标准误描述其大小。
标准误(Standard Error) 样本统计量的标准差,反映样本统计量的离散程度,也间接反映了抽样误差的大小。
参数估计:指用样本指标值(统计量)估计总体指标值(参数)。
参数估计有两种方法:点估计和区间估计。
区间估计(interval estimation):将样本统计量与标准误结合起来,确定一个具有较大臵信度的包含总体参数的范围,该范围称为臵信区间(confidence interval,CI),又称可信区间。
频数表(frequency table)用来表示一批数据各观察值或在不同取值区间的出现的频繁程度参考值范围描述绝大多数正常人的某项指标所在范围;正态分布法(标准差)、百分位数法,参考值范围用于判断某项指标是否正常置信区间:在统计学中,一个概率样本的置信区间(Confidence interval)是对这个样本的某个总体参数的区间估计。
置信区间展现的是这个参数的真实值有一定概率落在测量结果的周围的程度。
给出的是被测量参数的测量值的可信程度。
完全随机设计(completely random design):完全随机设计仅涉及一个处理因素(但可为多水平),故又称单因素(one-way)设计。
它是将受试对象按随机化的方法分配到各个处理组中,观察实验效应,临床试验中的随机对照试验也属于此类设计。
第九章 方差分析

第九章方差分析前面介绍了两个样本均数比较的t检验,那么多个样本均数的比较应该采用什么方法?方差分析(analysis of variance, ANOV A)是20世纪20年代发展起来的一种统计方法,由英国著名统计学家R.A.Fisher提出,又称F检验,是通过对数据变异的分析来推断两个或多个样本均数所代表总体均数是否有差别的一种统计学方法。
本章首先介绍方差分析的基本思想和应用条件,然后结合研究设计类型分别介绍各类方差分析方法。
第一节方差分析的基本思想和应用条件一、方差分析的基本思想方差分析的基本思想是把全部观察值间的变异按设计类型的不同,分解成两个或多个组成部分,然后将各部分的变异与随机误差进行比较,以判断各部分的变异是否具有统计学意义。
例9.1 为研究大豆对缺铁性贫血的恢复作用,某研究者进行了如下实验:选取已做成贫血模型的大鼠36只,随机等分为3组,每组12只,分别用三种不同的饲料喂养:不含大豆的普通饲料、含10%大豆饲料和含15%大豆饲料。
喂养一周后,测定大鼠红细胞数(×1012/L),试分析喂养三种不同饲料的大鼠贫血恢复情况是否不同?表9.1 喂养三种不同饲料的大鼠红细胞数(×1012/L)普通饲料10%大豆饲料15%大豆饲料合计X 4.78 4.65 6.80 4.65 6.92 5.913.984.447.284.04 6.167.51 3.445.997.51 3.776.677.743.65 5.298.194.91 4.707.154.795.058.185.316.01 5.534.055.677.795.16 4.688.03in12 12 12 36 (n)i X ∑ 52.53 66.23 87.62 206.38(X ∑)i X4.385.52 7.30 5.73 (X ) 2i X ∑ 234.2783373.2851647.73121255.2946(2X ∑)表9.1按完全随机设计获得的36个数据(X )中包含以下三种变异: 1. 总变异 36只大鼠喂养一周后测定红细胞数X 各不相同,即X 与总均数X 不同,这种变异称为总变异(total variation)。
医学统计学 方差分析

100.66
110.31
4
367.60
5
80.57
97.90
115.76
103.56
4
397.79
6
102.77
81.20
90.30
138.54
4
412.81
ni
6
6
6
6
24( n )
Xi
550.01
537.30
618.19
726.28
2431.78( X )
Xi
91.67
89.55
103.03
2 =32 得: F0.05(2,32) 3.30, F0.01(2,32) 5.34 ,P<0.01。按 =0.05 水准,拒绝 H0 ,
差别有统计学意义,可以认为喂养三种不同饲料的大鼠红细胞数的总体均数不 全相同。
随机区组设计的两因素方差分析
例9.2 利用随机区组设计研究不同温
度对家兔血糖浓度的影响,某研究者进行 了如下实验:将 24只家兔按窝别配成6个 区组, 每组 4 只, 分别随机分配到温度 15℃、 20℃、 25℃、 30℃的4个处理组 中,测量家兔的血糖浓度值(mmol/L),结 果如下表9.4所示,分析4种温度下测量家 兔的血糖浓度值是否不同?
23
3742.5521
3
1247.5174 8.2717
1491.2744
5
298.2549 1.9776
2262.2511
15
150.8167
P
<0.01 >0.05
3. 确定 P 值,作出统计推断
根据处理组 F 值的分子的自由度处理 ,分母的自由度 误差 ;区组 F 值的分子的 自由度区组 ,分母的自由度 误差 查 F 界值表(附表 4),得到处理组和区组的 P 值。 根据表 9.6,按 =0.05 水准,对于不同区组间,不拒绝 H0 ,尚不能认为不同窝 别家兔血糖浓度值不同;对于不同处理组间,拒绝 H0 ,接受 H1 ,差异具有统 计学意义,可以认为 4 种温度下家兔血糖浓度值不全相同,即处理组 4 个总体 均数中至少有 2 个不同。
流行病学正文部分-第6版第9章.偏倚及其控制

第九章偏倚及其控制流行病学研究结果的真实性是极其重要的问题,研究的真实性直接关系到能否获得正确的结论。
真实性的反面就是误差,这包括随机误差和系统误差,后者又称为偏倚。
减少误差就意味着提高真实性。
第一节研究结果的变异性一、概述研究结果包括描述性和分析性数据(指标)的变动或波动,称为研究结果的变异性(variability)。
它可存在于不同的水平,包括个体水平、群体水平和样本(研究)水平,详见表9-1。
表9-1 变异性的水平和来源变异性水平变异的来源个体个体生物学变异,测量误差群体个体间遗传学变异,环境变异,测量误差样本(研究)抽样方式,样本大小,测量误差变异的来源可以分为两个层次:1. 生物学(真实)变异和测量变异生物学变异反映真实的客观变异,测量的变异反映测量过程的误差。
例如,在个体水平上,某病人的血压真值在一段时间内本身存在波动,该段时间内血压值的变异反映的是真实的生物学变化;同时在血压的测量过程中,又存在一定的测量误差,由此造成的血压值的变异反映的是测量变异。
该病人的血压值的总变异就包含生物学(真实)变异和测量变异。
2. 随机变异和系统变异随机变异(误差)的绝对值和方向(符号)交错变化,并呈有界范围的正态分布。
系统变异(误差)的绝对值和方向保持恒定。
上述的测量误差,就可以再分出随机误差和系统误差。
例如,血压测量中围绕真值(用均值代表)上下波动的微小误差(一般小于2.58σ)就是随机误差,而偏离真值并且绝对值和方向固定的误差就是系统误差。
二、个体水平的变异性个体水平的变异性是指某个体特征测量值的变化,它可以是个体真值随时间的改变,也可以是由于测量误差引起的变化。
如某病人的血清总胆固醇,会随着个体状态(如膳食情况或空腹与否)发生改变,也可以由于不同实验室或测量方法等引起变化。
如果某病人的血清总胆固醇有两个不同的测量值,则需要结合个体状态和测量误差考虑,判定哪一个测量值更接近真实值。
个体水平测量值的变异来源归纳于表9-2。
基于统计学角度:解读固定效应模型和随机效应模型

•循证理论与实践 •基于统计学角度:解读固定效应模型和随机效应模型程里礼1,2,雷鹏2,陶园3,古辉云3,张超4,赵国忠2基金项目:2014年度宁夏自然科学基金(NZ14122)作者单位:1 750000 银川,宁夏医科大学;2 750000 银川,宁夏医科大学总医院肝胆外科;3 442000 十堰,湖北医药学院;4 442000 十堰,湖北省十堰市太和医院循证医学与临床研究中心通讯作者:赵国忠,E-mail:Zhaogzh1220@ doi:10.3969/j.issn.1674-4055.2017.03.02【摘要】大多数的Meta分析都会用到固定效应模型和随机效应模型中的一种,固定效应模型假设所有的纳入研究拥有共同的真实效应量,而随机效应模型中的真实效应随纳入研究的不同而改变。
运用的模型不同,所得到的合并后的效应量均数值也不相同,这不仅体现在效应量的均值上,更多的体现在每个纳入研究权重的分配上,本文主要目的是深度解剖两种模型以及两种模型的假设,区分其共同点和不同点,并通过两种模型计算每个研究所占的权重和合并后效应量的均数值,最后指出并比较其优缺点。
【关键词】随机效应模型;固定效应模型;效应量;统计学【中图分类号】R4 【文献标志码】 A 【文章编号】1674-4055(2017)03-0261-04Based on statistics: interpret fixed effect model and random effect model CHENG Li-li *, LEI Peng, TAO Yuan, GU Hui-yun, ZHANG Chao, ZHAO Guo-zhong. *Ningxia Medical University, Yinchuan 750000, China.Corresponding author: ZHAO Guo-zhong, E-mail: Zhaogzh1220@[Abstract ] Most of Meta-analysis will use fixed effect model (FEM) or random effect model (REM), and FEM assumes that there is common true effect size in all included studies, while true effect size in REM will change according to different included studies. The mean of pooled effect size will be different as different models are used, which is not only reflected on the average, but also much on the weight distribution of each included study. Main purpose of this article is to deeply analyze these two models and their assumptions, distinguish their similarities and difference, calculate each study’s weight and pooled effect size by these two models, and finally point out and compare their advantages and disadvantages.[Key words ] Random effect model; Fixed effect model; Effect size; Statistics系统评价/Meta分析是针对某一具体临床问题,系统、全面地收集全世界所有已发表或未发表的临床研究,采用临床流行病学的原则和方法对研究进行严格的评价,筛选出符合纳入标准的研究,进行定性或定量合成,从而得出可靠的结论[1]。
统计学简答重点分析

1、试描述均值、中位数、众数的特点及应用场合。
答:均值的计算是建立在每个观测值之上的,因此均值受极端值的影响很大。
在这种时候,均值歪曲了数据实际传递的信息,因此,当数据集有极端值时,均值并不是集中趋势的最好的描述。
众数、中位数和均值各自具有不同的特点,在实际应用中,应选择合理的测度值来描述数据的集中趋势。
当数据呈对称分布或接近对称分布时,三个代表值相等或接近相等,选择用均值比较好,因为均值包含了全部数据的信息,易被大多数人所理解和接受;当数据为偏态分布是,特别是当偏斜的程度较大时,应选择众数或中位数;当数据为定类尺度时,如商品(服装、鞋类)等的规格,用众数是较好的选择。
2、为什么要计算离散系数?答:离散系数是用来对两组数据的差异程度进行相对比较的。
因为在比较相关的两组数据的差异程度时,方差和标准差是以均值为中心计算出来的,因而有时直接比较方差是不准确的,需要提出均值大小不等的影响,计算并比较离散系数。
离散系数是从相对的角度观察差异和离散程度的,在比较相关事物的差异程度时,较之直接比较标准差要好些3、方差分析的基本原理是什么?答:方差分析的主要思想是将影响指标值的一个或几个因素取不同的水平,然后建立相应的方差分析模型,由此给出检验因素的不同水平对指标值是否有显著影响的统计分析过程。
4、简述回归方程的显著性检验与回归系数的显著性检验的区别和联系答:回归系数的显著性检验是对回归系数进行是否等于0或等于某个常数的假设检验;而回归方程的显著性检验是指方程是否显著存在假设检验;在一元线性回归中,回归系数的显著性检验和回归方程的显著性检验是等价的,而在多元线性回归中两者不同。
5、误差主要包括哪两类?引起误差的原因分别是什么?答:主要包括抽样误差和非抽样误差抽样误差:是指由样本数据对总体特征进行估计时所引起的代表性误差,原因是由于每次抽取一个样本,而样本中包含的哪些单元是随机的,不同的样本由于包含的单元不同,得到的估计值自然不同,各个估计值与总体特征之间不可避免的出现差距,由此产生了抽样误差。
第八讲 卫生统计学 方差分析

Si
S i2
完全随机设计资料在进行统计分析时,需 根据数据的分布特征选择方法,对于正态分布 且方差齐同的资料,常采用完全随机设计的单 因素方差分析(one-way ANOVA)或成组资料的 t检验(k=2);对于非正态分布或方差不齐的 资料,可进行数据变换或采用Wilcoxon秩和检 验。
记总均数为 X X / N ,
MS组内= SS组内/υ组内=16466.65/33=498.99 F= MS组间/MS组内=15645.83/498.99=31.36
按表中的公式计算各离均差平方和SS、自由度、 均方MS和F值。
表 8-3 变异来源 df 35 总变异 2 组 间 组内(误差) 33 例 8-1 的方差分析表 SS MS F P 47758.32 31291.67 15645.83 31.36 <0.01 16466.65 498.99
Xij
正常钙(0.5%) 332.96 297.64 312.57 295.47 284.25 307.97 292.12 244.61 261.46 286.46 322.49 282.42 12 293.37 24.62 606.15
全部数据 36 252.55 36.94 1364.52
ni
Xi
又称为配伍组设计,是配对设计的扩展。具体做法是:先按影 响试验结果的非处理因素(如性别、体重、年龄、职业、病情、病 程等)将受试对象配成区组(block),再分别将各区组内的受试对象 随机分配到各处理或对照组。 与完全随机设计相比,随机区组设计的特点是随机分配的次数 要重复多次,每次随机分配都对同一个区组内的受试对象进行,且 各个处理组受试对象数量相同,区组内均衡。在进行统计分析时, 将区组变异离均差平方和从完全随机设计的组内离均差平和中分离 出来,从而减小组内平方和(误差平方和),提高了统计检验效率。 若将区组作为另一处理因素的不同水平,随机区组设计等同于无重 复观察的两因素设计。
1定量分析的误差和数据处理

例:滴定分析中称样质量的控制
万分之一分析天平的精度? 0.1 mg
称取一份试样的绝对误差? 0.2 mg
计算称样质量分别为20.0和200.0 mg时相对误差。
相对误差 RE
由于真值T永不能准确得知,实际工作中常用所谓标准值代替( ):标准值系 由经验丰富的多名分析人员,在不同实验室采用多种可靠方法对试样反复分 析,并对全部个别测定结果进行统计处理后得出的较准确的结果。纯物质中 元素的理论含量也可作真值使用。
E T
(1.2)
误差E越小,表示测定结果越接近真值,准确度越高;反之,误 差E越大,准确度越低。误差有正负之分,正误差表示测定结果偏 高,负误差表示测定结果偏低。
1.3 随机误差分布规律和有限数据的统计处理
• 1.3.1随机误差的分布规律
随机误差产生的具体原因很难找出,对个别一 次测定,随机误差或正或负,或大或小,纯属 偶然;当对同一试样进行无限多次平行测定时, 各次结果的随机误差分布遵从正态分布规律: (1)由于随机误差的影响,测定值大小不一,有 离散趋势,但绝对值相等的正、负随机误差出 现的机会相等; (2)小误差出现的机会多,大误差出现的机会少, 特大误差出现的机会极少,即测定值又有集中 趋势。 由此可知,无限次平行测定各结果随机误差的 代数和趋于0,即:不存在系统误差的条件下, 无限次平行测定结果的平均值(总体平均值 ) 趋于真值。
Ⅰ定量分析的误差和数据处理
• • • • • • 1.1 准确度和精密度 1.2 误差的来源和分类 1.3 随机误差分布规律和有限数据的统计处理 1.4 系统误差的检验 1.5 提高测定准确度的措施 1.6 有效数字及运算规则
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Unit 9 Basic Statistical Analysis of Random Errors (随机误差的统计学基本分析) Random errors are those variables that remain after mistakes are detected and eliminated and all systematic errors have been removed or corrected from the measured values.(随机误差是在错误被察觉【detect】和消除【eliminate】后,并且所有系统误差被从测量值中移除或修正后,保留下的那些变量【variable变量、变化n.】) They are beyond the control of the observer.(它们是观测者无法控制的) So the random errors are errors the occurrence of which does not follow a deterministic pattern.(因此随机误差是不遵循某个确定性【deterministic确定性的】模式【pattern】而发生的误差) In mathematical statistics, they are considered as stochastic variables, and despite their irregular behavior, the study of random errors in any well-conducted measuring process or experiment has indicated that random errors follow the following empirical rules:(在数理统计【mathematical statistics】中,它们被当成随机变量【stochastic variable】,尽管它们的行为无规律,在任一正确的【well-conducted原意为品行端正的,这里指测量实验和活动是无误的】测量活动和实验中,对的随机误差的研究显示【indicate】随机误差遵循以下经验法则【empirical rule】:) ⑴A random error will not exceed a certain amount.(随即误差不会超过一个确定的值) ⑵Positive and negative random errors may occur at the same frequency.(正负误差出现的频率相同) ⑶Errors that are small in magnitude are more likely to occur than those that are larger in magnitude.(误差数值【magnitude量值、大小】小的比数值大的误差出现可能性大【be likely to 可能】) ⑷The mean of random errors tends to zero as the sample size tends to infinite.(当【as】样本大小【sample size】趋近于无穷【infinite】时,随机误差的平均值趋近于0) In mathematical statistics, random errors follow statistical behavioral laws such as the laws of probability.(在数理统计中,随机误差遵循统计学的【statistical】行为【behavioral行为的】规律,如概率法则) A characteristic theoretical pattern of error distribution occurs upon analysis of a large number of repeated measurements of a quantity, which conform to normal or Gaussian distribution.(发生在一个量的大量重复观测分析【analysisn.】中的误差分布的一个特征理论模式,遵照【conform to遵照】正态或高斯分布)【在对一个量进行大量重复观测分析后,得到一个误差分布的理论特征——正态或高斯分布】 The plot of error sizes versus probabilities would approach a smooth curve of the characteristic bell-shape.(误差大小与【versus与、与……的关系、与……相对】概率的关系图,接近一条光滑的特有的【characteristic特有的】钟形曲线。) This curve is known as the normal error distribution curve.(这条曲线被称为正态分布曲线) It is also called the probability density function of a normal random variable.(也叫做正态随机变量【normal random variable】的概率密度【probability density】函数) It is important to notice that the total area of the vertical bars for each plot equals 1.(需特别注意的是,每个图的条形图总面积为1。) This is true no matter the value of n (the number of single combined measurements), and thus the area under the smooth normal error distribution curve is equal to 1.(无论【no matter】n(单一的联合的测量数目【独立观测数】)是多少,在光滑的误差正态分布曲线下的面积都是1。) If an event has a probability of 1, it is certain to occur, and therefore the area under the curve represents the sum of all the probabilities of the occurrence of errors.(如果一件事的概率为1,它一定会发生,因此曲线下方的面积代表了所有误差发生的概率。) A number of properties that relate a random variable and its probability density function are useful in our understanding of its behavior.(有许多工具【property】与随机变量和它的概率密度函数有关,有助于我们理解它的行为) Mean and standard deviation are two most popular statistical properties of a random variable.(平均值和标准偏差就是两个最常用的随机变量的统计工具【property】) Generally, a random variable which is normally distributed with a mean and standard deviation can be written in symbol form as N(μ,σ2).(一般地,一个通常由平均值和标准偏差描述的随机变量可以用符号【symbol】表示为N(μ,σ2)。 They can be explained as follows.(【它们可以】解释如下) Mean: The most commonly used measure of central tendency is the mean of a set of data (a sample).(平均值:最普遍应用的中心趋向的估计【measure】就是一系列数据(一个样本)的平均值) The concept of mean refers to the most probable value of the random variable.(平均值的概念【concept】涉及到随机变量的最或是值) It is also called by any of the several terms—expectation, expected value, mean or average. (还可以由其它几个术语来称呼它——期望、预期值、平均值或平均值) The mean is defined as (平均值定义为)
Where xi are the observations, n is the sample size, or total number of observations in the sample, and x is the mean which is also called most probable value (MPV).(xi是观测值,n是样本大小,或者叫样本内观测值的总数,x是平均值,经常被称为最或是值(MPV) The MPV is the closest approximation to the true value that can be easily achieved from a set of data.(MPV是最接近真值的近似值【approximation】,可以很容易由一系列数据得到。) It can be shown that the arithmetic mean of a set of independent observations is an unbiased estimate of the meanμof the population.(可以看出【It can be shown that】一系列独立【independent】观测值的算数平均值【arithmetic mean】是一个样本【population】的期望值μ的无偏估计【unbiased estimate】。)
Standard deviation is a numerical value indicating the amount of variation about a central value.(标准偏差是一个数值【numerical value】,指示【indicate】相对于中值的偏离) In order to appreciate the concept upon which indices【index的复数】 of precision devolve one must consider a measure that takes into account all the values in a set of data.(考虑一系列数据的所有值精度指标 必需顾及一个量,这个量考虑到【takes into account考虑】一组【a set of】数据的所有值) Such a measure is the deviation from the mean x of each observed value xi i.e. (xi- x), and the mean of the squares of the deviations may be used, and this is called the varianceσ2,(这个量是每个观测值xi相对于平均值x 的离差【deviation】,也就是,(xi- x),离差的平方的平均值被采用,称之为方差σ2)