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

벨 V-280 Valor 시험 비행 성공

( The V-280 Valor flew for the first time at Bell Helicopter's Amarillo Assembly Center in Texas(Credit: Bell Helicopter/YouTube) )  앞서 소개드린 V-280 발러가 첫 번째 비행 테스트에 성공했다는 소식입니다. V-22 오스프리의 소형화 버전이라고 할 수 있는 V-280 발러는  미 육군의 차세대 헬기 사업인 Future Vertical Lift (FVL)에 입찰을 시도하는 틸트로터기로 현재 미 육군이 주력으로 사용하는 블랙호크 헬기와 비슷한 체급입니다. 다만 틸트로터기인 만큼 최고 속도나 항속 거리면에서 더 유리합니다. 스펙은 이전 포스트를 참조해 주시기   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221115245986  (동영상)   V-280 발러는 틸트로터기의 더 대중화 될 수 있을지를 검증하는 중요한 무대가 될 것입니다. V-22 오스프리의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 너무 비싸져서 사실 미국은 몰라도 그 동맹국에 널리 도입되기는 어려운 부분이 있습니다. V-280 역시 가격이 아주 저렴할 것 같지는 않지만, 좀 더 합리적인 대안은 될 수 있을 것 같습니다. 만약 성공적인 결과가 나오면 한국을 포함한 미국의 동맹국에서 도입을 검토할 수 있을지 모르겠다는 생각입니다.   참고  https://newatlas.com/bell-v-280-valor-maiden-flight/52663/

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...