概念 卡方检验是一种用途很广的计数资料的假设检验方法,由卡尔·皮尔逊提出。它属于非参数检验的范畴,主要是比较两个及两个以上样本率( 构成比)以及两个分类变量的关联性分析。其根本思想就是在于比较 理论频数和实际频数 的 吻合程度或拟合优度 问题。
** 例一**
我们想知道喝牛奶对感冒发病率有没有影响,以下为数据统计的四格表:
通过简单的统计我们得出喝牛奶组和不喝牛奶组的感冒率为和,两者的差别可能是抽样误差导致,也有可能是牛奶对感冒率真的有影响。
为了确定真实原因,我们先假设喝牛奶对感冒发病率是没有影响的,即喝牛奶喝感冒时独立无关的,所以我们可以得出感冒的发病率实际是(43+28)/(43+28+96+84)=
所以,理论的四格表应该如下表所示:
即下表:
如果喝牛奶喝感冒真的是独立无关的,那么四格表里的理论值和实际值差别应该会很小。
那如何来描述这种差别呢,我们定义卡方值为
其中,A为实际值,T为理论值。
x2用于衡量实际值与理论值的差异程度(也就是卡方检验的核心思想),包含了以下两个信息:
根据卡方检验公式我们可以得出例1的卡方值为:
卡方 = (43 - )平方 / + (28 - )平方 / + (96 - )平方 / + (84 - )平方 / =
卡方值(理论值与实际值差异大小)的意义是什么呢?为此我们再引入一个概念:
卡方分布的临界值
上一步我们得到了卡方的值,但是如何通过卡方的值来判断喝牛奶和感冒是否真的是独立无关的?也就是说,怎么知道无关性假设是否可靠?
答案是,通过查询卡方分布的临界值表。
第一行表示显著性水平α 第一列表示自由度
这里需要用到一个 自由度 的概念,自由度等于V = (行数 - 1) * (列数 - 1),对四格表,自由度V = 1。
对V = 1,喝牛奶和感冒(95%概率)不相关的卡方分布的临界值(最大)是:。即如果卡方大于,则认为喝牛奶和感冒(有95%的概率)相关。
临界值的意义表示:如果卡方值>,则纵列因素与横行因素不相关的的概念<(即显著性水平),也即纵列因素与横行因素相关的概念>。
显然<,没有达到卡方分布的临界值,所以喝牛奶和感冒独立不相关的假设没有被推翻。
简单说,如果我们计算出的卡方值(表示实际值与理论值的差异,越大表示实际值与理论值越不符,即越有可能纵列因素会影响横行数值)大于临界值(列因素不影响横行值的范围:0~临界值),我们就排斥原假设(H0,即纵列因素不影响横行的因素的变化),接受备择假设(H1:纵列因素对横行的因素变化有影响);反之,卡方值小于临界值,即在(纵列与横行互不影响这一假设)理论范围内,无法推翻原假设,即无统计差异。