R语言结构方程模型(SEM)在生态学领域中的应用

前言:结构方程模型(Sructural Equation Model)是一种建立、估计和检验研究系统中多变量间因果关系的模型方法,它可以替代多元回归、因子分析、协方差分析等方法,利用图形化模型方式清晰展示研究系统中变量间的因果网络关系,是近年来地学、生态、进化、环境、医学、社会、经济领域中应用十分广泛的统计方法。然而,自Wright在1920年美国科学院院刊(PNAS)提出第一个通径/路径(Path Analysis)分析(即结构方程模型中的结构模型)方法发展至今的100多年时间里,结构方程模型已发展出有较为庞大的理论体系和复杂多变的形式,使初学者往往无所适从。

R语言结构方程模型(SEM)在生态学领域中的应用

专题1:基础:【R入门及Rstudio与结构方程模型(SEM)生态领域应用】

1) R及Rstudio介绍:背景、软件及程序包安装、基本设置等

2) R语言基本操作,包括向量、矩阵、数据框及数据列表等生成和数据提取等

3) R语言数据文件读取、整理(清洗)、结果存储等(含tidverse)

4) R语言基础绘图(含ggplot):基本绘图、排版、发表质量绘图输出存储

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1) SEM的定义、生态学领域应用及历史回顾

2) SEM的基本结构

3) SEM的估计方法

4) SEM的路径规则

5) SEM路径参数的含义

6) SEM分析样本量及模型可识别规则

7) SEM构建基本流程

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专题2: R语言SEM分析入门:lavaan VS piecewiseSEM

1) 结构方程模型在生态学研究中的应用介绍及模型要点回顾

2) 结构方模型估计方法:局域估计和全局估计的基本工作原理、主要区别及应用情景分析

3) 案例群落物种丰富度恢复的直接及间接效应(direct and indirect effects):SEM分析基本流程-lavaan vs piecwiseSEM

(1)模型建立

(2)模型拟合

(3)模型评估

(4)结果展示

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专题3:基于lavaan的SEM在生态学领域高阶应用

案例1:湿地生态系统初级生产力的直接和间接效应分析

(1)问题提出、元模型构建

(2)模型构建及模型估计

(3)模型评估:路径增加和删减原则、最优模型筛选方法

(4)结果表达

案例2:火烧干扰后植物群落恢复效果评估-数据缺失和正态性不足数据处理

案例3:放牧对海拔与生物量关系的影响分析-数据分组分析

案例4:农业用地比例对河口水草多度影响-数据分层/嵌套分析

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专题4:基于lavaan的SEM潜变量分析在生态学领域应用

(1) 潜变量的定义、优势及应用背景分析

(2) 潜变量分析lavaan实现基本原理

(3) 案例1:海岸带米草群落生态恢复表现预测-单潜变量模型构建

案例2:城市景观中土地利用对有花植物资源和访华昆虫的直接与间接影响-多个潜变量模型构建

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专题5:基于lavaan的SEM复合变量分析在生态学领域应用

(1) 复合变量的定义及在生态学领域应用情景分析

(2) 复合变量分析lavaan实现途径

(3) 案例1:生态力与生物多样性形成机制分析-土壤理化因子的多复合变量构建

(4) 案例2:火烧后植被恢复对物种丰富度影响-复合变量解决非线性问题

(5) 案例3:气候暖化、海平面上升对湿地植物群落的复合影响-复合变量解决交互作用问题

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专题6:局域估计SEM -piecewiseSEM及生态学领域高阶应用

(1) piecewiseSEM对内生变量为二项及泊松分布数据的分析

(2) 案例1:气候波动对海草床生态系统食物网结构影响-数据分层和嵌套、时间和空间自相关对结果影响

(3) 案例2:物种属性、社会性进化特征对海虾领域范围和多度影响-系统发育相关修正

案例3-5:分组数据、交互作用、非线性关系等piecewiseSEM实现(实例数据同专题3)

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专题7:贝叶斯SEM在生态学领域应用

(1) 贝叶斯(bayes)方法简介

(2) R语言贝叶斯SEM实现程序包blavaan和brms介绍

(3) 案例1:气候及生态位重叠程度对田鼠物种丰富度影响:模型比较、直接和间接效应计算(blavaan)

(4) 案例2:火烧后对植被恢复影响因素-模型拟合、模型比较和评估(brms)

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