기본 콘텐츠로 건너뛰기

비모수 통계 - 비모수 다중 비교

 



 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222616527304



 윌콕슨 검정은 사실상 t 검정의 비모수 방법이라고 할 수 있는데, 그런 만큼 pairwise t test 같은 다중 비교 (Multiple Comparisons) 기능도 제공합니다. pairwise.wilcox.test가 R에서 기본으로 제공되는데, 물론 여러 번 검정을 하는데서 오는 1종 오류 (귀무 가설이 맞는데 기각하는 것)의 위험성이 증가합니다. 전혀 연관성이 없는데도 20번 이상 검정하면 한 번은 우연히 P<0.05가 나올 수 있는 것입니다. 따라서 사후 검정을 진행하게 되는데 이 기능 역시 pairwise.wilcox.test에서 지원합니다. 



 pairwise t test : https://blog.naver.com/jjy0501/221132684701



 참고로 비슷한 이름들이 많이 등장하기 때문에 헷갈릴 수 있는데, 윌콕슨 부호 순위 검정 (Wilcoxon signed-rank test)는 짝을 지은 두 개의 샘플이나 샘플이 한 개의 표본을 치료 전후 등으로 두 번 검사한 자료에 주로 사용합니다. 따라서 다중 비교를 한다는 이야기는 두 개 이상의 표본이 있다는 이야기입니다. 



 그래서 pairwise.wilcox.test는 윌콕슨 순위-합 검정 (Wilcoxon Rank-Sum Test)의 다중 비교가 되겠습니다. 이름 때문에 윌콕슨 부호 순위 검정과 많이 헷갈릴 수 있어 윌콕슨 순위 합 검정을 Mann-Whitney U-test라고 부르는 경우도 많은데 오히려 그것 때문에 더 헷갈립니다. 



 아무튼 여기서는 네 개의 연못에서 pH를 측정한 결과 서로 값의 차이가 없다는 것을 귀무가설로 검증해보겠습니다. (즉 짝지은 자료가 아님) 각각의 측정은 8번 이뤄졌기 때문에 각 군의 샘플수가 10개 미만으로 비모수 통계적 방법으로 접근하는 것이 타당할 것입니다. 



ponds <- data.frame(pond=as.factor(rep(1:4,each=8)),

                    pH=c(7.68,7.69,7.70,7.70,7.72,7.73,7.73,7.76,

                         7.71,7.73,7.74,7.74,7.78,7.78,7.80,7.81,

                         7.74,7.75,7.77,7.78,7.80,7.81,7.84,7.86,

                         7.71,7.71,7.74,7.79,7.81,7.85,7.87,7.91))


ponds


pairwise.wilcox.test(ponds$pH, ponds$pond, exact= FALSE)


실행하면



> ponds <- data.frame(pond=as.factor(rep(1:4,each=8)),

+                     pH=c(7.68,7.69,7.70,7.70,7.72,7.73,7.73,7.76,

+                          7.71,7.73,7.74,7.74,7.78,7.78,7.80,7.81,

+                          7.74,7.75,7.77,7.78,7.80,7.81,7.84,7.86,

+                          7.71,7.71,7.74,7.79,7.81,7.85,7.87,7.91))

> ponds

   pond   pH

1     1 7.68

2     1 7.69

3     1 7.70

4     1 7.70

5     1 7.72

6     1 7.73

7     1 7.73

8     1 7.76

9     2 7.71

10    2 7.73

11    2 7.74

12    2 7.74

13    2 7.78

14    2 7.78

15    2 7.80

16    2 7.81

17    3 7.74

18    3 7.75

19    3 7.77

20    3 7.78

21    3 7.80

22    3 7.81

23    3 7.84

24    3 7.86

25    4 7.71

26    4 7.71

27    4 7.74

28    4 7.79

29    4 7.81

30    4 7.85

31    4 7.87

32    4 7.91

> pairwise.wilcox.test(ponds$pH, ponds$pond, exact= FALSE)


Pairwise comparisons using Wilcoxon rank sum test with continuity correction 


data:  ponds$pH and ponds$pond 


  1     2     3    

2 0.066 -     -    

3 0.012 0.460 -    

4 0.071 0.682 0.958


P value adjustment method: holm 


 

 결과를 해석하면 연못 1과 3은 P<0.05에서 유의한 pH 차이가 있었으나 나머지는 없었습니다. 그런데 흥미롭게도 기본 보정 방법이 holm 방법이라는 점을 알 수 있습니다. 본페로니가 흔히  사용되나 본페로니는 매우 엄격한 기준을 적용하기 때문에 통계적으로 유의하지 않다는 결론을 내릴 가능성이 높습니다. 특히 샘플 수가 적은 경우에는 더 그럴 것입니다. 



 그래서 그보다 완화된 사후 검정법인 holm을 사용하는데, R에서 적용하는 검정 방법은 다음과 같습니다. 



The adjustment methods include the Bonferroni correction ("bonferroni") in which the p-values are multiplied by the number of comparisons. Less conservative corrections are also included by Holm (1979) ("holm"), Hochberg (1988) ("hochberg"), Hommel (1988) ("hommel"), Benjamini & Hochberg (1995) ("BH" or its alias "fdr"), and Benjamini & Yekutieli (2001) ("BY"), respectively. A pass-through option ("none") is also included. The set of methods are contained in the p.adjust.methods vector for the benefit of methods that need to have the method as an option and pass it on to p.adjust.


The first four methods are designed to give strong control of the family-wise error rate. There seems no reason to use the unmodified Bonferroni correction because it is dominated by Holm's method, which is also valid under arbitrary assumptions.


Hochberg's and Hommel's methods are valid when the hypothesis tests are independent or when they are non-negatively associated (Sarkar, 1998; Sarkar and Chang, 1997). Hommel's method is more powerful than Hochberg's, but the difference is usually small and the Hochberg p-values are faster to compute.


The "BH" (aka "fdr") and "BY" methods of Benjamini, Hochberg, and Yekutieli control the false discovery rate, the expected proportion of false discoveries amongst the rejected hypotheses. The false discovery rate is a less stringent condition than the family-wise error rate, so these methods are more powerful than the others.


Note that you can set n larger than length(p) which means the unobserved p-values are assumed to be greater than all the observed p for "bonferroni" and "holm" methods and equal to 1 for the other methods.


p.adjust.methods = c("holm", "hochberg", "hommel", "bonferroni", "BH", "BY", "fdr", "none")



 저도 처음 알았는데, R에서는 기본으로 Holm-Šídák 교정은 제공하지 않고 있습니다. 아래 논문의 저자들 역시 R이 아니라 그래프 패드 프리즘(graphpad prism)이라는 다른 그래픽 및 통계 소프트웨어를 사용했습니다. 



Bates TA, McBride SK, Winders B, et al. Antibody Response and Variant Cross-Neutralization After SARS-CoV-2 Breakthrough Infection. JAMA. Published online December 16, 2021. doi:10.1001/jama.2021.22898



https://www.graphpad.com/guides/prism/latest/statistics/stat_holms_multiple_comparison_test.htm



 그래프 패드 프리즘에서는 Holm-Šídák 교정이 비교 대상이 많을수록 Holm 교정보다 더 강력하다고 소개하고 있습니다. 아무튼 R에서도 할 수 있는 방법을 찾기 위해서 많은 시간을 들였으나 결국 실패하고 말았습니다. 아마도 방법이 없진 않을 것 같지만, 제가 비모수통계를 실제로 할 일이 없어보니 잘 모르는 부분이 있는 것 같네요. 



 아무튼 Holm 대신 본페로니 등 다른 교정을 하려면 p.adjust.methods로 지정하면 됩니다. 


pairwise.wilcox.test(ponds$pH, ponds$pond, exact= FALSE, p.adjust.method = "bonf")



> pairwise.wilcox.test(ponds$pH, ponds$pond, exact= FALSE, p.adjust.method = "bonf")

Pairwise comparisons using Wilcoxon rank sum test with continuity correction 

data:  ponds$pH and ponds$pond 

  1     2     3    
2 0.079 -     -    
3 0.012 0.919 -    
4 0.107 1.000 1.000

P value adjustment method: bonferroni 


 본페로니 방법으로 해도 결과는 대동소이 하지만 확실히 P 값이 더 커지면서 좀 더 엄격한 잣대를 들이댄다는 것을 알 수 있습니다. 


 

댓글

이 블로그의 인기 게시물

세상에서 가장 큰 벌

( 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...