主效應(yīng)、交互效應(yīng)、簡單效應(yīng)、事后多重比較
方差分析當(dāng)自變量的個數(shù)超過一個時,通常要考慮變量之前的交互作用,那么此時的雙因素方差分析稱為有交互作用的雙因素方差分析。這時進行分析,可能會涉及主效應(yīng)分析、交互效應(yīng)分析、簡單效應(yīng)分析、事后多重比較四個方面;今天來學(xué)習(xí)一下,有交互作用的雙因素方差分析應(yīng)該如何分析。
一、基本理論
考慮兩個定類數(shù)據(jù)(自變量)對定量數(shù)據(jù)(因變量)的影響時,使用的方差分析稱為雙因素方差分析。與單因素方差分析不同之處在于,雙因素方差分析同時考慮兩個自變量對因變量的影響,且需要考慮兩自變量之間是否有交互效應(yīng)。
一般來講,雙因素方差分析可以進行主效應(yīng)分析、交互效應(yīng)分析、簡單效應(yīng)分析、以及事后多重比較。
主效應(yīng):一個自變量的不同水平引起因變量產(chǎn)生的差異情況
交互效應(yīng):兩個自變量的搭配對因變量產(chǎn)生的差異情況
簡單效應(yīng):一個自變量在某個水平時,另一個自變量在不同水平下因變量差異情況
事后多重比較:一個自變量的不同水平之間兩兩因變量差異的比較
提示:當(dāng)主效應(yīng)存在時,可以進行事后多重比較;當(dāng)交互效應(yīng)存在時,可以進行簡單效應(yīng)分析。
二、雙因素方差分析案例
案例說明:假設(shè)有A、B、C、D四種施肥方式,3種水稻品種,現(xiàn)在想要研究不同施肥方式和不同品種水稻之間產(chǎn)量是否有差異,以及施肥方式和品種的交互作用對水稻產(chǎn)量是否有影響,根據(jù)研究目的可以知道,應(yīng)該選擇雙因素方差分析進行研究。選擇相同狀況的土地進行試驗,將得到的試驗數(shù)據(jù)整理成如下格式:
虛擬數(shù)據(jù),教學(xué)演示
當(dāng)存在兩個變量時,應(yīng)該首先考慮有交互效應(yīng)的雙因素方差分析模型。將數(shù)據(jù)上傳至SPSSAU系統(tǒng),選擇雙因素方差分析,將變量拖拽到相應(yīng)分析框中后,同時勾選【二階效應(yīng)】和【簡單效應(yīng)】,事后多重比較選擇【LSD】比較法,操作如下圖:
點擊開始分析,SPSSAU即可輸出雙因素方差分析結(jié)果。
1、主效應(yīng)
雙因素方差分析中,我們將實驗中由一個自變量的不同水平引起因變量產(chǎn)生的差異稱為主效應(yīng)。
SPSSAU輸出有交互效應(yīng)的雙因素方差分析結(jié)果如下:
從上表可以看出:施肥方式呈現(xiàn)出顯著性(F=104.962,p=0.000<0.05) ,說明施肥方式的主效應(yīng)存在,施肥方式會對產(chǎn)量產(chǎn)生差異關(guān)系;品種呈現(xiàn)出顯著性(F=401.889,p=0.000<0.05) ,說明品種的主效應(yīng)存在,品種會對產(chǎn)量產(chǎn)生差異關(guān)系。
2、交互效應(yīng)
雙因素方差分析中,我們將兩個自變量的搭配對因變量產(chǎn)生的差異稱為交互效應(yīng)(也稱二階效應(yīng))。
從下表看出,施肥方式和品種的交互項呈現(xiàn)出顯著性(F=28.624,p=0.000<0.05),說明施肥方式和品種的交互效應(yīng)對實驗結(jié)果的影響是顯著的,即交互效應(yīng)存在。
除查看交互項顯著性進行交互效應(yīng)分析,還可以通過查看施肥方式和品種的均值對比圖判斷是否存在交互效應(yīng)。從下圖可以看出,3條折線并不平行,可以認為存在交互效應(yīng),結(jié)論和雙因素方差分析交互項顯著性檢驗結(jié)果一致。
3、簡單效應(yīng)
當(dāng)交互效應(yīng)呈現(xiàn)出顯著性時,可以進一步進行簡單效應(yīng)分析;當(dāng)交互效應(yīng)沒有呈現(xiàn)出顯著性時,一般不進行簡單效應(yīng)分析。
簡單效應(yīng)是指一個自變量在某個水平時,另一個自變量在不同水平下因變量差異的比較。
下表為固定某種施肥方式,進行兩兩水稻品種之間的簡單效應(yīng)分析。分析下表結(jié)果,當(dāng)施肥方式為A時,品種1和品種2之間的產(chǎn)量呈現(xiàn)出顯著差異(p=0.002
同理,可以固定某種水稻品種,進行兩兩施肥方式之間的簡單效應(yīng)分析,分析下表結(jié)果,當(dāng)水稻品種為1時,施肥方式A和B之間的產(chǎn)量呈現(xiàn)出顯著差異(p=0.000
4、事后多重比較
當(dāng)主效應(yīng)存在時,我們想知道具體是哪幾個組之間存在差異,這就涉及到因素的不同水平之間兩兩差異比較,稱為事后多重比較。
比如在本案例中,我們知道施肥方式的主效應(yīng)存在,那么說明不同施肥方式的產(chǎn)量之間存在顯著差異。但是施肥方式有4種,如果想知道具體哪兩種施肥方式之間存在顯著差異,那就需要進行事后多重比較。
下表為施肥方式的事后多重比較。分析下表可知,施肥方式A和B之間呈現(xiàn)出顯著性差異(p=0.001
同理,品種的主效應(yīng)存在,可以進行品種的事后多重比較。分析下表可知,品種1和2之間未呈現(xiàn)顯著性差異(p=0.481>0.05),其他結(jié)果解讀方式與之類似。
補充說明:事后多重比較的方法有很多種,SPSSAU目前提供7種事后多重比較方法,其中最常用的為LSD法,具體說明可參考下方SPSSAU幫助手冊:
事后多重比較
三、計算公式
設(shè)影響因素A有I個水平,影響因素B有J個水平。如果每種水平組合重復(fù)測量的次數(shù)相同,那么將重復(fù)次數(shù)記為K(K≥2)
,這時兩個影響因素的
IJ?種不同水平組合共有IJK個觀測值。
有交互作用的雙因素方差分析計算如下表:
各平方和的計算公式如下:
參考文獻:
[1]戴金輝,韓存. 雙因素方差分析方法的比較[J]. 統(tǒng)計與決策,2018,34(04):30-33.