Как сравнить количественный показатель, например, уровень гемоглобина в крови, в двух группах?

Зависит от того, как сформулирован наш исследовательский вопрос:

 1) Если нас интересует, различаются ли средние значения уровня гемоглобина — используем параметрические t-критерий Стьюдента или Уэлча.

 2) Если хотим сделать вывод о том, что в одной из групп более вероятны либо более высокие, либо более низкие значения, чем в другой, — используем непараметрический критерий Уилкоксона-Манна-Уитни (или просто Манна-Уитни, далее я буду называть его критерий WMW).

Как мы знаем, второй вариант используется во многих исследованиях. В этом случае нас не беспокоит информативность средних значений, отклонение распределения от нормального или наличие выбросов.

Однако, решительно применяя критерий WMW для разных показателей, авторы редко вспоминают о том, что он вообще-то имеет существенное ограничение: корректность оценки гарантируется только при равных дисперсиях сравниваемых групп! То есть вариабельность признака и форма распределения в группах должны быть одинаковыми. А поскольку такое на практике встречается нечасто, значит во многих случаях WMW-тест может давать неверные p-значения.

Насколько неверные?

Например, в одной симуляции WMW-критерий тестировался в следующих ситуациях:

  • 2 нормальных распределения с разными дисперсиями,
  • уни- и бимодальное распределения,
  • 2 симметричных распределения с разными дисперсиями,
  • 2 распределения с разными дисперсиями и разнонаправленной асимметрией.
    В результате вместо фактической вероятности ошибки I рода α=0.05, были получены оценки от 0.028 до 0.122!

Что же делать? Как поступить, если при сравнении групп мы не уверены в равенстве дисперсий?

Вспомним критерий Уэлча — модифицированный t-критерий Стьюдента, который позволяет корректно сравнивать средние значения в группах с разными дисперсиями. Вот такую же модификацию критерия WMW выполнили и описали в 2000 году немецкие статистики Edgar Brunner и Ullrich Munzel. И получили метод, который в описанной выше симуляции при α=0.05 давал оценки частоты ошибок I рода от 0.046 до 0.057. Согласитесь, это значительно более точные оценки по сравнению с критерием WMW.

По данным другой симуляции, проведенной K.Noguchi с соавт. (2021), в случае сравнения групп с разными дисперсиями при заданной α=0.05 критерий Бруннера-Мюнцеля показал частоту ошибок I рода в диапазоне от 0.049 до 0.057. Диапазон для критерия WMW был значительно шире, оценки «размазались» от 0.02 до 0.085.

И ещё в одной симуляции C.P.Nowak с соавт. (2022) при сравнении 2 групп с нормальным распределением, но разными дисперсиями (σ1/σ2=5), при заданной α=0.05 оценки частоты ошибок I рода составили:

  • для критерия WMW от 0.004 до 0.174,
  • для критерия Бруннера-Мюнцеля от 0.035 до 0.052.

А если дисперсии одинаковые?

По данным K.Noguchi с соавт. критерий WMW оказался немного более точным, чем критерий Бруннера-Мюнцеля. Но и в этом случае последний показал оценки частоты ошибок I рода с погрешностью, не превышающей 0.01. По данным C.P.Nowak с соавт. оба теста дали вполне надежные оценки:

  • критерий WMW — от 0.043 до 0.053,
  • критерий Бруннера-Мюнцеля — от 0.048 до 0.053.

Подытожим.
Критерий Бруннера-Мюнцеля тестирует нулевую гипотезу: вероятности того, что случайно взятое значение из одной группы будет выше, чем случайно взятое значение из другой группы, для обеих групп равны. И позволяет достаточно точно оценить вероятность ошибочного отклонения этой нулевой гипотезы (т.е. получить корректные p-значения) в случаях как равных, так и разных дисперсий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Новости

  • Статистическая программа StatTech обновилась до версии 4.7

    Самое главное — запущена реферальная программа! С её помощью можно будет получить большие скидки на приобретение доступа к StatTech. Вплоть до 100% от её стоимости! А ещё добавлены новые инструкции — по линейной и логистической регрессии, ROC-анализу, сравнению связанных групп (анализу до-после). Подробную информацию о новых функциях читайте по этой ссылке.


  • Новая версия StatTech — 3.0

    У нашей программы Статтех вышла новая версия! Обновление — долгожданное: до этого крайний раз обновлялись в июле. Обновление — объемное: появился такой обширный и важный функционал, который позволил нам присвоить этой версии новый номер — 3.0.