为什么匹配对的自由度测试对数减去1?


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我习惯知道“自由度”为,在这里有线性模型\ mathbf {Y} = \ mathbf {X} \ boldsymbol {\的β} + \ boldsymbol {\小量}\ mathbf {Y } \ in \ mathbb {R} ^ n\ mathbf {X} \ in M_ {n \ times p}(\ mathbb {R})具有等级r的设计矩阵,\ boldsymbol {\ beta} \ in \ mathbb { R} ^ p\ boldsymbol {\ epsilon} \ in \ mathbb {R} ^ n\ boldsymbol {\ epsilon} \ sim \ mathcal {N}(\ mathbf {0},\ sigma ^ 2 \ mathbf {I} _n)\ sigma ^ 2> 0nr

y=Xβ+ϵ
yRnX中号ñ×p[R[Rβ[Rpϵ[Rñϵñ0σ2一世ñσ2>0

根据我对基本统计信息(即具有线性代数的线性模型)的回忆,匹配对Ť检验的自由度是差值减去1个。因此,这可能意味着X排名为1。它是否正确?如果不是,为什么ñ-1个是配对Ť检验的自由度?

为了理解上下文,假设我有一个混合效果模型

ÿ一世Ĵķ=μ一世+ 一些随机效应+Ë一世Ĵķ
,其中一世=1个2Ĵ=1个8ķ=1个2μ一世除了固定效果外,没有什么特别之处,并且Ë一世Ĵķ一世一世dñ0σË2。我假设随机效应与该问题无关,因为在这种情况下我们只关心固定效应。

我想为\ mu_1-\ mu_2提供一个置信区间μ1个-μ2

我已经证明d¯=1个8dĴ\ mu_1-\ mu_2的无偏估计量μ1个-μ2,其中dĴ=ÿ¯1个Ĵ-ÿ¯2Ĵÿ¯1个Ĵ=1个2ķÿ1个Ĵķÿ¯21的定义与此类似。已计算出点估计d¯

我已经证明

sd2=ĴdĴ-d¯28-1个
d_j方差的无偏估计量dĴ,并且因此,
sd28
\ bar {d} _ {\ cdot}的标准错误d¯。已经计算过了。

现在,最后一部分是计算自由度。对于这一步,我通常尝试找到设计矩阵(显然具有2级),但是我有解决这个问题的方法,它说自由度是。8-1个

在找到设计矩阵的秩的上下文中,为什么自由度为?8-1个

编辑添加:在此讨论中可能有用的是如何定义测试统计量。假设我有一个参数向量。在这种情况下, (除非我完全丢失了某些内容)。我们实际上是在进行假设检验 ,其中。然后,通过 ,将使用对中心进行测试β = [ μ 1 μ 2 ] c ^ ' β = 0 C ^ ' = [ 1 - 1 ]= C ^ ' ββ

β=[μ1个μ2]
Cβ=0
C=[1个-1个]ñ-- [RXσ2=Ý'-PXÿ
Ť=Cβ^σ^2CXX-1个C
Ťñ-[R自由度,其中是上述设计矩阵,而 其中。X PX=XX'X -1X'
σ^2=ÿ一世-PXÿñ-[R
PX=XXX-1个X

Answers:


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具有对的匹配对检验实际上只是一个样本样本的检验。您有差异,它们是iid且呈正态分布。 之后的第一列具有Ñ Ñ Ñ d 1... d Ñ [ d 1d Ñ ] = [ ˉ dˉ d ] + [ d 1 - ˉ dd 1 - ˉ d ] Ñ  DFŤñŤññd1个dñ=1n10

[d1个dñ]=[d¯d¯]+[d1个-d¯d1个-d¯]ñ df1个 dfñ-1个 df
=''1个由于表示所有条目均相等的线性约束,自由度;第二个具有自由度,这是因为线性约束表示条目的总和为。ñ-1个0

因此,换句话说,我们这里具有自由度的原因与线性模型无关?ñ-1个ÿ=Xβ+ϵ
单簧管演奏家

1
它确实与该模型有关,其中矩阵是 s 的列,是矩阵,唯一的入口是两个总体均值之间的差。X1个β1个×1个
Michael Hardy

2
啊哈!因此,您的向量将是 s的向量,对吗?非常感谢你!我不敢相信,为此找到答案有多么困难!ÿd一世
单簧管演奏家

是。它是匹配对中观察到的差异的向量。ñ
Michael Hardy

2

非常感谢Michael Hardy回答了我的问题。

这个想法是这样的:让 和。然后我们的线性模型为 其中是所有向量,并且 显然,排名为,因此我们有个自由度。

ÿ=[d1个dñ]
β=[μ1个-μ2]
ÿ=1个ñ×1个β+ϵ
1个ñ×1个ñ
ϵ=[ϵ1个ϵñ]ñ0σ2一世ñ
X=1个ñ×1个1个ñ-1个

我们如何知道将等于?回想一下, 和,因为它可以很容易地看出,所有。给定,显然应该是。这是因为 β[μ1个-μ2]

Ë[ÿ]=Xβ
Ë[dĴ]=μ1个-μ2ĴXβ
Ë[ÿ]=Ë[[d1个dñ]]=[Ë[d1个]Ë[dñ]]=[μ1个-μ2μ1个-μ2]=Xβ=1个ñ×1个β=[1个1个]β
因此应该是矩阵,其中。β1个×1个β=[μ1个-μ2]

设置。那么我们的假设检验为 因此,我们的检验统计量为 我们有 经过一番工作,可以证明 还可以显示C=[1个]

H0Cβ=0
Cβ^σ^2CXX-1个C
σ^2=ÿ一世-PXÿñ-[RX
PX=P1个ñ×1个=1个ñ×1个1个ñ1个
一世-PX是对称和幂等的。因此, 和
σ^2=ÿ一世-PXÿñ-[RX=ÿ一世-PX一世-PXÿñ-[RX=一世-PXÿ2ñ-[RX=[一世-1个ñ×1个1个ñ1个]ÿ2ñ-1个=[d1个dñ]-[d¯d¯]2ñ-1个=一世=1个ñd一世-d¯2ñ-1个=sd2
XX=1个ñ×1个1个ñ×1个=ñ
这显然倒数,从而检验统计量 ,将在中心以度自由如所期望。1个/ñ
μ^1个-μ^2sd2/ñ
Ťñ-1个
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