Критерий хи-квадрат измеряет, насколько частоты далеки от ожидаемых
Каждый критерий хи-квадрат сравнивает таблицу наблюдаемых частот с частотами, которые предсказывает некоторая гипотеза. Для критерия независимости гипотеза в том, что переменная строк и переменная столбцов никак не связаны, поэтому каждая ожидаемая частота - итог строки умножить на итог столбца делить на общий итог. Для критерия согласия гипотеза - набор долей, равные доли для честного кубика или 9:3:3:1 для гороха Менделя, масштабированные под твой итог. В любом случае статистика - одна и та же сумма: для каждой ячейки наблюдаемая минус ожидаемая, в квадрате, делить на ожидаемую.
Эта сумма точная. У таблицы 2 на 2 с частотами 20, 30, 30, 20 каждая ожидаемая частота равна 25, а хи-квадрат ровно 4; у таблицы посложнее ожидаемые частоты вроде 350/3, и страница оставляет их как 350/3, а не 116.67, так что статистика, которую ты читаешь, настоящая, а не сумма пяти округлённых слагаемых. Точным быть не может p-значение, это площадь под кривой хи-квадрат за статистикой; страница рисует этот хвост и подписывает число как площадь, которой оно является.
Таблица под ответом - та часть, за которую ставят оценку студенту и которую большинство калькуляторов пропускает: для каждой ячейки наблюдаемая частота, ожидаемая и вклад в статистику. Она же показывает, где живёт связь. В большой таблице одна или две ячейки часто несут большую часть хи-квадрата, и столбец вклада на них указывает. V Крамера, приводимое для таблиц сопряжённости, превращает статистику в размер эффекта от 0 до 1, который можно сравнивать между таблицами разного размера.
Что нужно знать о критериях хи-квадрат
Степени свободы равны (строки − 1)(столбцы − 1) для таблицы и категории − 1 для критерия согласия. У таблицы 2 на 2 одна степень свободы при любых частотах.
Ожидаемые частоты меньше 5 делают приближение грубым. Страница предупреждает, когда видит такую; для таблицы 2 на 2 обычно переходят на точный критерий Фишера, а в остальных случаях объединяют редкие категории.
Критерий всегда правосторонний. Маленький хи-квадрат означает, что частоты согласуются с гипотезой; свидетельством против неё служит только большой.
Значимо - не значит сильно. При достаточных данных значима и крошечная связь; V Крамера говорит, насколько она сильна: 0.1 - слабая, 0.3 - умеренная, 0.5 - сильная.
Частоты, а не проценты. Статистика зависит от реального числа наблюдений; таблицу процентов с потерянным итогом проверить нельзя.
Как провести критерий хи-квадрат вручную
1
Разложи наблюдаемые частоты
Строки - категории одной переменной, столбцы - другой. Подсчитай итог каждой строки, каждого столбца и всей таблицы.
2
Вычисли каждую ожидаемую частоту
Итог строки умножить на итог столбца, делить на общий итог. Оставь дроби; их сейчас будут возводить в квадрат.
3
Вычисли вклад каждой ячейки
Наблюдаемая минус ожидаемая, в квадрате, делить на ожидаемую. Сложи все; сумма и есть статистика хи-квадрат.
4
Найди степени свободы и p-значение
(строки − 1)(столбцы − 1). P-значение - площадь правого хвоста кривой хи-квадрат с таким числом степеней свободы; сравни с альфой или статистику с критическим значением.
Критические значения хи-квадрат
Статистика должна превысить эти значения, чтобы результат был значим на данном уровне.
Степени свободы
α = 0.10
α = 0.05
α = 0.01
1
2.706
3.841
6.635
2
4.605
5.991
9.210
3
6.251
7.815
11.345
4
7.779
9.488
13.277
5
9.236
11.070
15.086
9
14.684
16.919
21.666
Разобранные примеры
Таблица 2 на 2
plain
20, 30 / 30, 20
Итоги строк 50 и 50, итоги столбцов 50 и 50, общий итог 100, так что каждая ожидаемая частота равна 50 × 50 / 100 = 25. Каждая ячейка вносит 25/25 = 1, хи-квадрат ровно 4 при одной степени свободы, а p-значение около 0.046. Значимо на 5%, едва; V Крамера равно 0.2, слабая связь.
Честный ли кубик?
plain
10, 12, 8, 11, 9, 10 over six faces
Шестьдесят бросков, так что по десять ожидаемых на грань. Вклады 0, 0.4, 0.4, 0.1, 0.1 и 0, что даёт хи-квадрат ровно 1 при пяти степенях свободы и p-значение около 0.96. Ничто здесь не говорит, что кубик со свинцом.
Горох Менделя
plain
315, 108, 101, 32 against 9 : 3 : 3 : 1
Итог 556, так что ожидаемые частоты - 556 × 9/16 = 312.75, 104.25, 104.25 и 34.75. Хи-квадрат выходит около 0.47 при трёх степенях свободы, p около 0.93: частоты подходят под предсказание 9:3:3:1 почти подозрительно хорошо, что само по себе известный спор.
Ошибки с хи-квадрат
Проверять проценты. Сначала переведи их обратно в частоты; статистика масштабируется с числом наблюдений.
Округлять ожидаемые частоты. Ожидаемая частота 116.67 в квадрате и делённая - не то же самое, что 350/3 в квадрате и делённая; маленькие ошибки в каждой ячейке складываются по всей таблице.
Игнорировать ожидаемую частоту меньше 5. Кривая хи-квадрат - приближение, которое портится в разреженных ячейках; объединяй категории или бери точный критерий.
Читать большой хи-квадрат как сильную связь. Он растёт с размером выборки; мера силы - V Крамера.
Брать не те степени свободы. У таблицы 3 на 4 их 6, а не 11 и не 12.
Проводить двусторонний хи-квадрат. Критерий односторонний по построению; очень маленькая статистика не свидетельствует ни о чём, кроме хорошего согласия.
Вопросы о хи-квадрат
Как вычислить статистику хи-квадрат?
Для каждой ячейки вычти ожидаемую частоту из наблюдаемой, возведи результат в квадрат и раздели на ожидаемую частоту. Сложи эти слагаемые по всем ячейкам. Для таблицы сопряжённости ожидаемая частота - итог строки умножить на итог столбца делить на общий итог; для критерия согласия - итог умножить на ожидаемую долю этой категории.
В чём разница между критерием независимости и критерием согласия?
Критерий независимости работает на двумерной таблице и спрашивает, связаны ли переменная строк и переменная столбцов; его ожидаемые частоты берутся из собственных итогов таблицы. Критерий согласия работает на одном списке частот и спрашивает, соответствуют ли они долям, которые ты задал заранее, например равным долям или генетическому отношению.
Как найти p-значение для критерия хи-квадрат?
Это площадь под кривой хи-квадрат со степенями свободы теста справа от статистики. Хи-квадрат 3.841 при одной степени свободы даёт p = 0.05; большие статистики дают меньшие p-значения. Страница вычисляет площадь напрямую и закрашивает её на кривой.
Что делать, если ожидаемая частота меньше 5?
Приближение хи-квадрат становится ненадёжным. Обычный совет: каждая ожидаемая частота должна быть не меньше 5 или, в крайнем случае, не больше пятой части их ниже 5 и ни одной ниже 1. Для таблицы 2 на 2 бери точный критерий Фишера; для таблицы побольше объединяй редкие категории. Страница помечает это условие, когда его видит.
Что такое V Крамера?
Размер эффекта для таблицы сопряжённости: квадратный корень из хи-квадрата, делённого на размер выборки, умноженный на меньшее из (строки − 1) и (столбцы − 1). Оно идёт от 0, связи нет, до 1, связь идеальная, и в отличие от самого хи-квадрата не растёт только оттого, что выросла выборка.
Можно ли применять хи-квадрат к таблице 2 на 2 с малыми частотами?
Только с осторожностью. При ожидаемых частотах от 5 всё в порядке; иногда применяют поправку Йейтса на непрерывность, хотя она склонна быть консервативной. Ниже этого точный критерий Фишера вычисляет точную вероятность таблицы и является стандартным выбором.
Почему эта страница оставляет ожидаемые частоты дробями?
Потому что статистика - это сумма квадратов разностей, делённых на эти частоты, и округление каждой ожидаемой частоты перед возведением в квадрат вносит маленькую ошибку в каждое слагаемое. Ожидаемая частота 350/3 - ровно это; 116.67 - нет. Сохранение дробей делает хи-квадрат, который ты читаешь, истинным значением для таблицы, которую ты ввёл.