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이상치의 처리 (5)


 바로 앞에서 본 예제를 수정하지 않은 상태에서 선형 회귀 분석을 시행해 보겠습니다. 우선 가격과 캐럿의 선형 관계를 알아보고 잔차도를 그려 그 모양을 확인해 보겠습니다. 그리고 영향력 관측치를 찾기 위해 influence.measures 및 olsrr 패키지를 사용해서 관측치를 알아 보겠습니다. 



set.seed(3311)
diamonds1<-sample 50="" diamonds="" nrow="" span="">
D1<-diamonds diamonds1="" span="">
D1

model=lm(price~carat, data=D1)
summary(model)

par(mfrow=c(2,2))
plot(model)

influence.measures(model)

require("olsrr")
ols_cooksd_barplot(model)
ols_dfbetas_panel(model)
ols_dffits_plot(model)


 이 코드를 그대로 옮겨서 시행해보면 

> model=lm(price~carat, data=D1)
> summary(model)

Call:
lm(formula = price ~ carat, data = D1)

Residuals:
    Min      1Q  Median      3Q     Max 
-5110.3 -1185.0   -17.3   856.3  4602.7 

Coefficients:
            Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)    
(Intercept)  -2349.1      462.1  -5.083 6.06e-06 ***
carat         7733.0      470.2  16.446  < 2e-16 ***
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

Residual standard error: 1717 on 48 degrees of freedom
Multiple R-squared:  0.8493, Adjusted R-squared:  0.8461 
F-statistic: 270.5 on 1 and 48 DF,  p-value: < 2.2e-16

> par(mfrow=c(2,2))
> plot(model)
> influence.measures(model)
Influence measures of
 lm(formula = price ~ carat, data = D1) :

     dfb.1_ dfb.cart   dffit cov.r   cook.d    hat inf
1  -0.01136  0.00568 -0.0137 1.069 9.52e-05 0.0242    
2  -0.04067  0.02261 -0.0466 1.067 1.11e-03 0.0261    
3  -0.00509 -0.00716 -0.0224 1.066 2.57e-04 0.0223    
4   0.08590 -0.06194  0.0885 1.077 3.98e-03 0.0392    
5  -0.05859 -0.02074 -0.1466 1.020 1.07e-02 0.0204    
6  -0.00487 -0.00172 -0.0122 1.064 7.57e-05 0.0204    
7  -0.24540  0.55505  0.7032 0.781 2.13e-01 0.0531   *
8   0.02762 -0.00752  0.0411 1.061 8.60e-04 0.0207    
9   0.07435 -0.16590 -0.2090 1.068 2.20e-02 0.0541    
10  0.01078 -0.00694  0.0116 1.076 6.86e-05 0.0312    
11  0.00770 -0.07330 -0.1273 1.052 8.18e-03 0.0299    
12  0.02672  0.12250  0.2777 0.944 3.70e-02 0.0248    
13  0.11158 -0.08165  0.1144 1.073 6.64e-03 0.0408    
14 -0.06709  0.28012  0.4298 0.878 8.50e-02 0.0348    
15  0.00228 -0.01825 -0.0311 1.074 4.94e-04 0.0305    
16 -0.03069  0.01079 -0.0423 1.062 9.13e-04 0.0214    
17 -0.05320 -0.06605 -0.2184 0.976 2.33e-02 0.0220    
18 -0.28925  0.46826  0.5123 1.097 1.29e-01 0.1216   *
19  0.09478 -0.20873 -0.2616 1.051 3.41e-02 0.0551    
20  0.07190 -0.05299  0.0736 1.082 2.76e-03 0.0416    
21 -0.43346  0.63206  0.6625 1.258 2.17e-01 0.2227   *
22 -0.05447 -0.01928 -0.1362 1.025 9.30e-03 0.0204    
23  0.08582 -0.06281  0.0880 1.079 3.94e-03 0.0408    
24 -0.25038  0.39912  0.4337 1.138 9.36e-02 0.1305   *
25 -0.12572  0.03692 -0.1832 0.997 1.66e-02 0.0208    
26  0.27862 -0.63019 -0.7984 0.714 2.62e-01 0.0531   *
27  0.10608 -0.07763  0.1088 1.075 6.01e-03 0.0408    
28  0.01806  0.12898  0.2753 0.950 3.65e-02 0.0256    
29 -0.04622  0.01540 -0.0649 1.057 2.14e-03 0.0212    
30 -0.00941 -0.04313 -0.0978 1.053 4.84e-03 0.0248    
31  0.13347 -0.10220  0.1352 1.077 9.26e-03 0.0467    
32  0.10482 -0.07615  0.1077 1.074 5.89e-03 0.0400    
33  0.01157  0.01629  0.0511 1.062 1.33e-03 0.0223    
34 -0.02908  0.01586 -0.0336 1.069 5.77e-04 0.0257    
35  0.11303 -0.08330  0.1157 1.074 6.79e-03 0.0416    
36  0.01412 -0.00799  0.0161 1.071 1.32e-04 0.0266    
37  0.08864 -0.06533  0.0907 1.080 4.18e-03 0.0416    
38 -0.02792  0.01818 -0.0299 1.076 4.55e-04 0.0318    
39 -0.01795  0.01207 -0.0190 1.079 1.84e-04 0.0336    
40  0.01318 -0.15685 -0.2775 0.967 3.73e-02 0.0294    
41  0.03740 -0.14783 -0.2239 1.021 2.49e-02 0.0354    
42  0.05347 -0.03856  0.0551 1.082 1.55e-03 0.0392    
43  0.03530 -0.02485  0.0367 1.081 6.86e-04 0.0370    
44 -0.04697  0.02231 -0.0578 1.062 1.70e-03 0.0235    
45 -0.04600 -0.01352 -0.1103 1.039 6.13e-03 0.0203    
46  0.05891 -0.04248  0.0607 1.081 1.88e-03 0.0392    
47  0.08562 -0.06310  0.0876 1.080 3.90e-03 0.0416    
48 -0.08710  0.00777 -0.1534 1.014 1.17e-02 0.0201    
49  0.13562 -0.10445  0.1372 1.078 9.54e-03 0.0476    
50 -0.02788 -0.03925 -0.1230 1.037 7.62e-03 0.0223    








 만약 위의 그림이 잘 보이지 않으면 클릭하면 원본을 볼 수 있습니다. 아무튼 이 결과를 보면 의외로 21번 관측치가 아니라 26번 관측치가 더 모델에서 벗어나는 것으로 보입니다. 하지만 26번 관측치 자체는 평범해 보입니다. 


D1[26,c(1:7)]

# A tibble: 1 x 7
  carat cut     color clarity depth table price
         
1  1.50 Premium G     I1       60.4  55.0  4140


 아마도 이런 일이 일어난 이유는 이 관측치가 비슷한 크기에 비해 가격이 낮기 때문일 것입니다. 그런데 이상치 처리에서 26번이 잡히지 않은 이유는 선형 회귀 모델에서는 가격과 캐럿 (크기)의 관계를 보기 때문이고 이상치 검출은 단지 정규 분포에서 얼마나 벗어났는지를 보기 때문입니다. 이 둘이 서로 다를 수 있다는 점을 염두에 둘 필요가 있습니다. 아무튼 26번 관측치를 제거하면 어떻게 될까요. 알기 위해서 D2 라는 새로운 데이터 셋을 만들겠습니다. 


 그런데 데이터 프레임에서 특정 값을 제거하고 싶다면 어떻게 해야 할까요. 단 하나의 값을 제거하기 위해 subset을 사용할 필요는 없습니다. 그냥 아래처럼 하면 됩니다. 


D2<-d1 span="">


 만약 두 개 이상의 값을 제거하고 싶다면 c() 를 사용하면 됩니다. 

D2<-d1 c="" span="">


 여기서는 하나만 제거하고 진행해 보겠습니다. 


model=lm(price~carat, data=D2)
summary(model)

par(mfrow=c(2,2))
plot(model)

influence.measures(model)

require("olsrr")
ols_cooksd_barplot(model)
ols_dfbetas_panel(model)
ols_dffits_plot(model)

 위의 코드를 입력합니다. 

> model=lm(price~carat, data=D2)
> summary(model)

Call:
lm(formula = price ~ carat, data = D2)

Residuals:
    Min      1Q  Median      3Q     Max 
-2858.1 -1221.9   106.1   925.4  4316.4 

Coefficients:
            Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)    
(Intercept)  -2465.9      420.5  -5.865 4.31e-07 ***
carat         8001.7      433.7  18.448  < 2e-16 ***
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

Residual standard error: 1557 on 47 degrees of freedom
Multiple R-squared:  0.8787, Adjusted R-squared:  0.8761 
F-statistic: 340.3 on 1 and 47 DF,  p-value: < 2.2e-16

> par(mfrow=c(2,2))
> plot(model)
> influence.measures(model)
Influence measures of
 lm(formula = price ~ carat, data = D2) :

     dfb.1_ dfb.cart   dffit cov.r   cook.d    hat inf
1  -0.01613  0.00780 -0.0196 1.069 1.96e-04 0.0243    
2  -0.04739  0.02571 -0.0548 1.067 1.53e-03 0.0262    
3  -0.00834 -0.01392 -0.0406 1.065 8.40e-04 0.0231    
4   0.09825 -0.07022  0.1014 1.075 5.22e-03 0.0392    
5  -0.06707 -0.02973 -0.1770 1.002 1.55e-02 0.0210    
6  -0.00972 -0.00431 -0.0257 1.065 3.36e-04 0.0210    
7  -0.27033  0.60309  0.7564 0.756 2.42e-01 0.0560   *
8   0.02487 -0.00602  0.0378 1.063 7.31e-04 0.0209    
9   0.10421 -0.22950 -0.2863 1.045 4.07e-02 0.0571    
10  0.01140 -0.00723  0.0123 1.077 7.72e-05 0.0312    
11  0.01300 -0.10007 -0.1688 1.038 1.43e-02 0.0315    
12  0.02263  0.13650  0.2952 0.934 4.16e-02 0.0260    
13  0.12745 -0.09251  0.1308 1.070 8.67e-03 0.0408    
14 -0.07820  0.30590  0.4596 0.863 9.63e-02 0.0366   *
15  0.00535 -0.03604 -0.0598 1.073 1.82e-03 0.0321    
16 -0.03824  0.01250 -0.0537 1.061 1.47e-03 0.0216    
17 -0.05857 -0.08606 -0.2633 0.943 3.33e-02 0.0228    
18 -0.26655  0.43110  0.4702 1.122 1.09e-01 0.1280   *
19  0.12903 -0.28065 -0.3484 1.019 5.95e-02 0.0582    
20  0.08406 -0.06146  0.0861 1.081 3.77e-03 0.0416    
21 -0.34804  0.50808  0.5318 1.309 1.42e-01 0.2336   *
22 -0.06264 -0.02776 -0.1653 1.010 1.36e-02 0.0210    
23  0.09900 -0.07186  0.1016 1.077 5.25e-03 0.0408    
24 -0.21603  0.34417  0.3730 1.165 6.97e-02 0.1373   *
25 -0.14235  0.03770 -0.2120 0.976 2.20e-02 0.0211    
26  0.12138 -0.08810  0.1246 1.071 7.87e-03 0.0408    
27  0.01358  0.14263  0.2917 0.942 4.07e-02 0.0268    
28 -0.05521  0.01695 -0.0790 1.054 3.17e-03 0.0214    
29 -0.00991 -0.05978 -0.1293 1.043 8.43e-03 0.0260    
30  0.15493 -0.11789  0.1570 1.072 1.25e-02 0.0468    
31  0.11956 -0.08612  0.1230 1.071 7.67e-03 0.0400    
32  0.00866  0.01445  0.0421 1.065 9.04e-04 0.0231    
33 -0.03487  0.01853 -0.0407 1.069 8.43e-04 0.0258    
34  0.12949 -0.09469  0.1326 1.070 8.91e-03 0.0416    
35  0.01283 -0.00710  0.0147 1.072 1.10e-04 0.0266    
36  0.10254 -0.07498  0.1050 1.077 5.60e-03 0.0416    
37 -0.03083  0.01980 -0.0331 1.077 5.59e-04 0.0318    
38 -0.01899  0.01261 -0.0201 1.080 2.07e-04 0.0336    
39  0.02200 -0.19933 -0.3423 0.924 5.54e-02 0.0309    
40  0.05171 -0.19270 -0.2861 0.991 4.00e-02 0.0374    
41  0.06248 -0.04466  0.0645 1.082 2.12e-03 0.0392    
42  0.04131 -0.02879  0.0430 1.082 9.43e-04 0.0370    
43 -0.05534  0.02530 -0.0688 1.060 2.41e-03 0.0236    
44 -0.05375 -0.02022 -0.1356 1.027 9.22e-03 0.0209    
45  0.06848 -0.04894  0.0706 1.081 2.54e-03 0.0392    
46  0.09921 -0.07254  0.1016 1.078 5.25e-03 0.0416    
47 -0.09953  0.00447 -0.1810 0.996 1.62e-02 0.0204    
48  0.15782 -0.12082  0.1598 1.072 1.29e-02 0.0477    
49 -0.03174 -0.05299 -0.1544 1.023 1.19e-02 0.0231    



 여기서는 간략하게 잔차도만 보겠습니다. 이렇게 보니 어느 정도 모델이 맞는 것 같고 7, 14번 같은 일부 값을 추가로 제거하면 얼추 적당한 선형 회귀식이 완성될 것 같습니다. 7,14번은 이상치로 의심되었던 값이기도 합니다. 하지만 이상치에 해당하는 값을 미리 제거하고 영향력 관측치로 생각되는 값을 제거해 나가다보면 오히려 더 큰 오류를 야기할 수 있습니다. 


 본래 앞서 봤듯이 다이아몬드의 캐럿과 가격은 선형관계가 성립되지 않습니다. 다이아몬드의 크기가 커질 수록 가격은 급격히 상승할 뿐 아니라 컷팅이나 채도, 색 같은 다른 중요한 요소가 가격에 큰 영향을 미치기 때문입니다. 그런데 이와 같은 사실을 무시하고 단지 이상치나 영향력 관측치로 보고 모델에 맞지 않는 값을 제거하다 보면 본래 있을 수 없던 선형 비례 관계가 성립될 수 있습니다. 다시 말해 데이터를 잘못 해석할 수 있는 것이죠. 


 모델에 맞지 않는 관측값이 있다면 가능성은 두 가지입니다. 첫 번째는 모델이 잘못된 것이고 두 번째는 관측값이 맞지 않는 것입니다. 우리는 후자의 가능성을 생각하기 쉽지만 사실은 모델이 맞지 않을 가능성도 높습니다. 이 경우 무리한 관측값 제거를 시도하기 보다는 방법을 바꿔서 데이터를 분석하는 것이 맞습니다. 


 물론 관측값이 분명히 잘못된 경우라면 당연히 제거해야 할 것이고 (예를 들어 몸무게 800kg은 80.0kg의 오류일 가능성이 클 것입니다. 1710cm도 마찬가지겠죠) 이를 알아보는 데 요긴한 방법이 이상치 검출이라는 점은 분명합니다. 



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( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

인슐린 주사 일주일에 한 번만 맞아도 된다?

   당뇨병은 관리가 까다로운 만성 질병 중 하나입니다. 특히 인슐린 주사가 필요한 경우에는 더 관리가 어렵습니다. 하루에 주사를 몇 번씩 맞아야 하면 찌르는 것도 고통이고 실수로 건너뛰거나 용량을 실수하는 경우도 드물지 않습니다. 특히 고령 환자의 경우 더 위험할 수 있습니다. 이런 문제를 극복하기 위해 여러 제약 회사들이 새로운 투여 방법과 인슐린 제제를 내놓고 있습니다.   최근 2상 임상 시험을 마친 노보 노디스크 ( Novo Nordisk )의 인슐린 아이코덱 ( icodec )은 일주일에 한 번 투여하는 장시간 인슐린 제제입니다. 아이코덱은 효소에 의해 분해되는 것을 막는 변형 인슐린 분자로 혈액에서 알부민과 결합해 서서히 분리되기 때문에 한 번 주사로도 일주일이나 효과를 유지할 수 있습니다.   하지만 이렇게 장시간 작용하는 인슐린 제제의 경우 환자의 식사나 운동 같은 상황 변화에 인슐린 농도가 적절하게 유지되지 않을 가능성이 있습니다. 이번 2상 임상시험에서는 247명의 당뇨 환자를 두 그룹으로 나눈 후 실험군은 일주일에 한 번씩 아이코덱을 투여받고 매일 위약을 투여받았습니다. 그리고 대조군은 반대로 일주일에 한 번씩 위약을 투여받고 하루에 한 번씩 장시간 인슐린 제제인 란투스 (Lantus, glargine) 100U을 투여받았습니다.   26주에 걸친 임상 실험 결과 하루에 한 번 란투스를 투여받은 그룹이나 일주일에 한 번 아이코덱을 투여받은 그룹에서 특별한 합병증 차이를 발견할 수 없었습니다. 혈당 조절의 지표인 당화 혈색소 (HbA1c) 농도 역시 아이코덱 그룹에서 1.33% 감소한 반면 란투스 그룹에서 1.15% 정도 감소해서 큰 차이는 없었습니다. 그렇다면 하루에 한 번 투여하는 대신 일주일에 한 번 투여하는 것이 더 편리하고 실수로 두 번 투여하거나 건너 뛸 위험성이 적을 것입니다. 이 연구 결과는 뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨 ( New England Journal...