2.3 To-utvalg, parvise data og andeler
To-utvalgs t-test med pooled varians, parvise data redusert til differanser, og andelstest med pooled p̂ — og hvorfor parvis IKKE er det samme som to uavhengige utvalg.
- Sjanger G = sammenligne to grupper. Sjanger = en fast type deloppgave.
- Den klassiske fellen: behandle parvise data som to uavhengige utvalg. Parvise data skal reduseres til differanser og testes som ETT utvalg.
- En annen felle: bruke separate i stedet for pooled under i andelstesten.
Sensorens krav (§4.5–4.6): riktig frihetsgrad ( pooled, parvis), riktig varianssammenslåing, og det fulle testritualet fra kap. 2.2. Prioritet: kunne godt.
Tidsbruk: ~55 min kjernestoff i tre løkker (to-utvalgs t, parvise data, andeler).
Regnereglene for varians av en sum/differanse — for uavhengige grupper — kommer fra STK1100 kap. 1.2 Stokastiske variable, forventning og varians (→ stk1100-1-2) (klartekst — STK1100 er ikke bygget ennå).
Én forventning testes med observator over standardfeil, og fordelingen er . Nå sammenligner vi TO forventninger. Alt følger samme mal — men vi må slå sammen spredningen fra begge gruppene og telle frihetsgradene på nytt.
Svært mange spørsmål handler om å sammenligne to grupper: virker behandling A bedre enn B? Er andelen fornøyde høyere i den ene gruppen? Skiller to strender seg i målt verdi?
Det fins tre situasjoner, og de behandles ulikt:
1. To uavhengige utvalg (ulike enheter i hver gruppe) to-utvalgs t-test med pooled varians.
2. Parvise (avhengige) data (samme enhet målt to ganger, f.eks. før/etter) reduser til differanser og gjør en ett-utvalgs test.
3. To andeler z-test med en pooled under .
Vi går i tre løkker, én per situasjon: teori gjennomregnet eksempel øvingsoppgave.
Løkke 1 — To uavhengige utvalg med pooled varians (~18 min)
Telleren er summen av kvadratavvik fra begge grupper; nevneren er de samlede frihetsgradene (hver gruppe mister én til sitt eget gjennomsnitt). er det felles standardavviket. Den gruppa med flest observasjoner teller mest.
Gruppe 1 har observasjoner med ; gruppe 2 har med . Regn ut pooled varians og pooled standardavvik .
Standardfeilen kommer av at for uavhengige grupper. Frihetsgradene er — feil df her er en klassisk tabbe (§4.6).
Dualiteten gjelder: inneholder intervallet 0, kan ikke forkastes tosidig på nivå ; ekskluderer det 0, forkastes .
Målt konsentrasjon ved to stasjoner: stasjon 1 har prøver med og ; stasjon 2 har prøver med og . Anta normale data med lik varians. Test på 1 %-nivå om forventet konsentrasjon er forskjellig, og gi et 99 % KI for differansen. Bruk .
2. Pooled varians: , så . Observator under .
3. Forkast når . Under : — nivå 1 %.
4. Standardfeil: . : forkast. P-verdi .
5. På 1 %-nivå er det forskjell i forventet konsentrasjon mellom stasjonene. 99 % KI: . Intervallet utelukker 0 — samme konklusjon (dualitet).
To metoder måles på uavhengige prøver: metode 1 har , , ; metode 2 har , , (normale data, lik varians). Fra oppgave 1 er , . Test tosidig på 5 %-nivå og gi et 95 % KI for differansen. Bruk .
Løkke 2 — Parvise data: reduser til differanser (~16 min)
der og er gjennomsnitt og standardavvik av differansene, og er antall par. Frihetsgradene er (ikke ) — koblingen halverer i praksis problemet til ett utvalg.
Åtte deltakere måles før og etter et treningsprogram. Differansene (etter − før, i kg) er . Test på 5 %-nivå om programmet gir en økning i forventet verdi. Bruk og opplys at .
2. ; ; under .
3. Forkast når . Under : .
4. : forkast. P-verdi — sannsynligheten under for et minst like ekstremt utfall.
5. På 5 %-nivå er det belegg for at programmet gir en økning (forventet endring ; P-verdi ). Merk: her er par, så df — ikke .
Hvis du feilaktig kjører en to-utvalgs test på de 8 «før»- og 8 «etter»-verdiene som om de var uavhengige, får du feil frihetsgrader ( i stedet for ) og — verre — en for stor standardfeil. Koblingen mellom par fjerner mye støy (individvariasjonen), så den parvise testen er langt mer sensitiv. Kjennetegn på parvise data: samme enhet måles to ganger, eller enhetene er naturlig koblet (tvillinger, venstre/høyre). Da: regn og bruk .
Ti prøver måles med to instrumenter. Differansene (instrument A − B) er . Test tosidig på 5 %-nivå om instrumentene gir systematisk ulikt resultat. Bruk , , og (tosidig ).
Løkke 3 — To andeler med pooled p-hatt (~13 min)
der er antall suksesser og gruppestørrelsene. Dette pooled estimatet brukes i standardfeilen til testen — fordi sier at gruppene har samme . (I et konfidensintervall for differansen brukes derimot separate , siden vi da ikke antar likhet.)
der , og er det pooled estimatet. Normaltilnærmingen krever at antall suksesser og feil i hver gruppe er romslig større enn 5.
I gruppe 1 er av fornøyde; i gruppe 2 er av . Test tosidig på 5 %-nivå om andelen fornøyde er forskjellig. Bruk og .
2. , . Pooled: . Observator under .
3. Forkast når . Under : .
4. Standardfeil: . : forkast. Tosidig P-verdi .
5. På 5 %-nivå er andelen fornøyde forskjellig mellom gruppene (P-verdi ). Merk bruk av pooled i standardfeilen.
Gruppe 1: suksesser av . Gruppe 2: av . Test tosidig på 5 %-nivå om suksessandelen er forskjellig. Bruk og .
- Behandle parvise data som to uavhengige utvalg. Er enhetene koblet (før/etter, samme prøve), reduser til differanser og bruk — ikke en to-utvalgstest.
- Feil frihetsgrader. Pooled to-utvalg: . Parvis: ( = antall par). En to-utvalgs df på parvise data er dobbelt feil.
- Separate i andelstesten. Under skal standardfeilen bruke pooled — ikke hver for seg. (Separate brukes i KI for differansen.)
- Feil varianssum i differanse-KI-et. For uavhengige grupper er — pluss, ikke minus, under rota.
- Glemme lik-varians-antakelsen bak pooling; sjekk den (F-test, kap. 2.5) hvis oppgaven ber om det.
Blandet drill (sjanger G, stigende)
En forsker sammenligner utbytte fra to jordtyper (uavhengige felt): type A har , , ; type B har , , (normale data, lik varians).
a) Regn pooled varians og standardfeil.
b) Test tosidig på 5 %-nivå. Bruk .
c) Gi et 95 % KI for differansen og bruk dualiteten.
(Krevende — velg riktig oppsett.) I hvert av tilfellene: si om det er PARVISE data eller TO UAVHENGIGE utvalg, hvilken observator og hvilke frihetsgrader du bruker.
a) Blodtrykk hos 20 pasienter, målt før og etter medisin.
b) Reaksjonstid hos 15 menn og 18 kvinner.
c) Slitasje på venstre og høyre sko hos 12 personer, to materialer.
(Kald oppgave — fasit som momentliste, ingen hint.) I en kampanje svarer av ja i by A og av ja i by B. Sett opp hypotesene for en tosidig andelstest, regn pooled , standardfeil og observator , og angi hva du trenger for å konkludere på 5 %-nivå.
Begrepsbank
For uavhengige grupper: . Variansene LEGGES sammen (pluss), også for en differanse.
Pooling forutsetter at de to gruppene har samme . Er variansene tydelig ulike, brukes en Welch-variant (ikke pooled) — eller man sjekker antakelsen med en F-test for variansforhold (kap. 2.5).
Et to-utvalgs t-alternativ som IKKE antar lik varians; det bruker separate og en tilnærmet (ofte ikke-heltallig) frihetsgrad. Pooled t er standard på eksamen, men vit at Welch finnes for ulik varians. (Prioritet: kjenne til.)
To koblede målinger per enhet (før/etter, to metoder på samme prøve). Reduseres til differanser og behandles som ETT utvalg. IKKE to uavhengige utvalg.
Ved å ta differanser fjernes den delen av variasjonen som skyldes forskjeller mellom enheter. Standardfeilen blir mindre, så en reell effekt oppdages lettere enn med et uavhengig oppsett.
Test av : bruk pooled i standardfeilen (fordi antar likhet). Konfidensintervall for : bruk separate (ingen likhetsantakelse). En hyppig forveksling.
Med gruppe kodet som dummy er , , og t-testen for er identisk med to-utvalgstesten. Broen til regresjonen i Del 3.
Normale data i hver gruppe, uavhengige observasjoner, og (for pooled) lik varians. t-testen er rimelig robust mot moderate normalitetsavvik, mindre mot sterkt ulik varians.
«Er A større enn B?» gir ensidig ; «er de forskjellige?» gir tosidig . Samme regel som for ett utvalg — retningen følger av spørsmålet.
Normaltilnærmingen krever at antall suksesser OG feil i HVER gruppe er romslig over 5 (noen krever ). Ved svært små andeler eller grupper er den upålitelig.
Inneholder KI-et for (eller , eller ) verdien 0, kan om ingen forskjell ikke forkastes tosidig. Utelukker det 0, forkastes . Samme kryssjekk som i kap. 2.2.
Beslutningsregel: er responsen en andel to-utvalgs andels-z med pooled . Ellers, er enhetene koblet (samme/matchede enheter) parvis t på differansene (); er de uavhengige pooled to-utvalgs t (). Feil valg her endrer både observator og frihetsgrader.
Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.
Skolesaga er en uavhengig læringsressurs og er ikke tilknyttet eller godkjent av Universitetet i Oslo. Dette er ikke offisielt studiemateriell. Les mer.