Чому ступінь свободи для пар, що співпадають, тестуйте кількість пар мінус 1?


9

Я звик знати "ступені свободи" як , де у вас лінійна модель \ mathbf {y} = \ mathbf {X} \ boldsymbol {\ beta} + \ boldsymbol {\ epsilon} з \ mathbf {y } \ в \ mathbb {R} ^ n , \ mathbf {X} \ в M_ {n \ times p} (\ mathbb {R}) проектна матриця з рангом r , \ boldsymbol {\ beta} \ in \ mathbb { R} ^ p , \ boldsymbol {\ epsilon} \ в \ mathbb {R} ^ n з \ boldsymbol {\ epsilon} \ sim \ mathcal {N} (\ mathbf {0}, \ sigma ^ 2 \ mathbf {I} _n) , \ sigma ^ 2> 0 .n−r

y=Xβ+ϵ
y∈RnX∈Mn×p(R)rβ∈Rpϵ∈Rnϵ∼N(0,σ2In)σ2>0

З того, що я згадую про елементарну статистику (тобто долінійні моделі з лінійною алгеброю), ступінь свободи для пар, що співпадають t тесту, - це кількість відмінностей мінус 1 . Отже, це може означати, що X мати ранг 1. Це правильно? Якщо ні, то чому n−1 - ступінь свободи для пар, що співпадають, t -test?

Щоб зрозуміти контекст, припустимо, у мене є модель зі змішаними ефектами

yijk=μi+ some random effects+eijk
де i=1,2 , j=1,…,8 і k=1,2 . У \ mu_i немає нічого особливого, μiкрім того, що це фіксований ефект, і eijk∼iidN(0,σe2) . Я припускаю, що випадкові наслідки не мають значення для цієї проблеми, оскільки нас цікавить лише фіксований вплив у цьому випадку.

Я б хотів надати інтервал довіри для μ1−μ2 .

Я вже показав, що d¯⋅=18∑dj - це неупереджений оцінювач μ1−μ2 , де dj=y¯1j⋅−y¯2j⋅ , y¯1j⋅=12∑ky1jk , і y¯21⋅ визначається аналогічно. Обчислено бальну оцінку d¯⋅ .

Я вже показав, що

sd2=∑j(dj−d¯⋅)28−1
є неупередженим оцінником дисперсії d_jdj , і таким чином,
sd28
є стандартною помилкою d¯⋅ . Це було обчислено.

Тепер остання частина - з'ясування ступенів свободи. Для цього кроку я, як правило, намагаюся знайти матрицю дизайну, яка, очевидно, має 2 ранг, - але у мене є рішення цієї проблеми, і вона говорить про те, що ступінь свободи становить .8−1

Чому в контексті пошуку рангу проектної матриці чому ступеня свободи ?8−1

Відредаговано, щоб додати: Можливо, корисним у цій дискусії є те, як визначається статистика тесту. Припустимо, у мене параметр вектор . У цьому випадку (якщо я щось зовсім не пропускаю). Ми по суті виконуємо тест гіпотези де . Потім тестова статистика задається який би був перевірений на центральний -розподіл зβ

β=[μ1μ2]
c′β=0
c′=[1−1]
t=c′β^σ^2c′(X′X)−1c
tn−rступенів свободи, де - матриця дизайну, як зазначено вище, і де .X
σ^2=y′(I−PX)yn−r
PX=X(X′X)−1X′

Відповіді:


5

Зібрані пари -test з парами насправді є лише одним зразком -test із вибіркою розміру . У вас відмінностей , і це iid і зазвичай розподіляється. Перший стовпець після маєtntnnd1,…,dn

[d1⋮dn]=[d¯⋮d¯]+[d1−d¯⋮d1−d¯]n d.f.1 d.f.(n−1) d.f.
“=''1ступінь свободи через лінійну обмеженість, яка говорить про те, що всі записи рівні; другий має ступінь свободи через лінійне обмеження, яке говорить, що сума записів дорівнює .n−10

Інакше кажучи, причина, чому у нас тут ступінь свободи, не має нічого спільного з лінійною моделлю ? n−1y=Xβ+ϵ
— Кларнетист

1
Це має відношення до тієї моделі, де матриця є стовпцем s, а є матрицею , єдиним записом якої є різниця між двома засобами сукупності. X1β1×1
— Майкл Харді

2
Ага! Отже, ваш вектор буде таким вектором s, правда? Дуже дякую! Я не можу повірити, як важко було знайти відповідь на це! ydi
— Кларнетист

Так. Це вектор спостережуваних відмінностей у збірних парах. n
— Майкл Харді

2

Багато, велике спасибі Майклу Харді за відповідь на моє запитання.

Ідея така: нехай і . Тоді наша лінійна модель - де - -вектор всіх, і Очевидно, має ранг , тож у нас є ступінь свободи .

y=[d1⋮dn]
β=[μ1−μ2]
y=1n×1β+ϵ
1n×1n
ϵ=[ϵ1⋮ϵn]∼N(0,σ2In).
X=1n×11n−1

Як ми можемо встановити рівним ? Нагадаємо, що і як це легко видно, для всіх . З огляду на наш , очевидно, що має бути . Це відбувається тому β[μ1−μ2]

E[y]=Xβ
E[dj]=μ1−μ2jXβ
E[y]=E[[d1⋮dn]]=[E[d1]⋮E[dn]]=[μ1−μ2⋮μ1−μ2]=Xβ=1n×1β=[1⋮1]β
so має бути матрицею із .β1×1β=[μ1−μ2]

Встановіть . Тоді наш тест гіпотези: Таким чином, наша тестова статистика є У нас є Після деякої роботи може бути показано, що Можна також показати, щоc′=[1]

H0:c′β=0.
c′β^σ^2c′(X′X)−1c.
σ^2=y′(I−PX)yn−r(X).
PX=P1n×1=1n×1(1n)1′.
I−PXє симетричним і ідентичним. Отже, і
σ^2=y′(I−PX)yn−r(X)=y′(I−PX)′(I−PX)yn−r(X)=‖(I−PX)y‖2n−r(X)=‖[I−1n×1(1n)1′]y‖2n−1=‖[d1⋮dn]−[d¯⋅⋮d¯⋅]‖2n−1=∑i=1n(di−d¯⋅)2n−1=sd2
X′X=1n×1′1n×1=n
що, очевидно, має зворотний , таким чином, даючи тестову статистику яка буде перевірена на центральному -розподілі з градусом свобода за бажанням.1/n
μ^1−μ^2sd2/n
tn−1
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.