学习笔记|两因素析因设计的方差分析|效应量|统计分析策略|《小白爱上SPSS》课程:SPSS第九讲 | 两因素析因设计的方差分析,超级详细

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  • 两因素析因设计的方差分析
    • 一、实战案例
    • 二、统计策略
    • 三、SPSS操作
      • 1、正态性检验
      • 2、方差分析
    • 四、结果解读
      • Tips:效应量越大越好吗?
      • 统计分析策略
    • 五、简单效应操作及结果
      • 1、SPSS操作
      • 2、结果解读
    • 六、规范报告
      • 1、规范表格
      • 2、规范文字
  • 划重点

学习目的

SPSS第九讲 | 两因素析因设计的方差分析,超级详细

软件版本

IBM SPSS Statistics 26。

原始文档

《小白爱上SPSS》课程
#统计原理

两因素析因设计的方差分析

析因设计,也称全因子实验设计,是一种将两个或多个因素的各水平交叉分组,对各个组合都进行实验的设计。它可以分析各实验因素的主效应、各因素间的交互效应和简单效应。
主效应(main effect):指某一因素各单独效应的平均效应,即某一因素各水平之间的平均差别。
交互效应(interaction effect ):指某一因素的单独效应随着另一因素的水平变化而变化。
简单效应(simple effect):指固定其中一个因素某一个水平时,探讨另一个因素不同水平的效应之差。当两个因素间存在交互效应,须逐一分析各因素的简单效应。

一、实战案例

针对大侠们的肥胖问题,小白制定了不同干预方案。
干预方案1为运动训练,分为低强度、中强度和高强度3个水平;
干预方案2为饮食控制,分为一般控制和严格控制2个水平。
现将36名肥胖大侠随机分配到这6种组合干预方案中,每个组合方案6人,1个月后测量他们的BMI值的减少量,获得数据如下表。
问: 运动训练和营养控制有无作用?两种方案有无交互作用?
读数据:

GET 
  FILE='E:\E盘备份\recent\小白爱上SPSS\小白数据\第九讲 两因素析因设计的方差分析.sav'. 

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二、统计策略

统计分析策略口诀“目的引导设计,变量确定方法”
针对上述案例,扪心六问。
Q1:本案例研究目的是什么?
A:比较差异。
Q2:本案例属于什么研究设计?
A:实验设计,两因素析因设计
Q3:有几个变量?
A:有三个变量。
自变量1为运动干预,分三个水平:高、中等和低强度;
自变量2为饮食控制,分两个水平:一般控制和严格控制;
因变量为BMI值,连续型变量。
Q4:变量类型是什么?
A: 自变量1和自变量2均为分类变量。
BMI为连续型变量。
Q5:各组数据服从正态分布么?
A:需要检验。
若服从,采用两因素析因设计方差分析;
若不服从正态,目前尚未替代的非参数检验方法(这只是原作者观点,若您发现有替代方法,请回复,感谢!)。
原作者建议:①转换数据;②由于方差分析对数据正态性不是特别敏感,若数据不是那么严重偏态,仍然可以进行方差分析。
Q6:各组数据的方差齐性么?
A:需要检验。
若不满足齐性,SPSS也未给出替代方案(这只是原作者观点,若您发现有替代方法,请回复,感谢!)
原作者建议:①转换数据;②如果各组样本量一致、符合正态性并且方差最大组与最小组的比值小于3,那么即使方差不齐,也可尝试采用方差分析。
概括而言,如果数据满足以下条件,则采用两因素析因设计的方差分析。
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三、SPSS操作

1、正态性检验

本案例需要对各组合进行正态性检验。
命令行:

EXAMINE VARIABLES=BMI BY  运动训练  BY 饮食控制
  /PLOT HISTOGRAM NPPLOT /*若无此行,则不输出正态性检验表*/
  /COMPARE GROUPS 
  /STATISTICS DESCRIPTIVES 
  /CINTERVAL 95 
  /MISSING LISTWISE 
  /NOTOTAL.

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经S-W(夏皮洛-威尔克)检验,发现高强度-严格饮食控制这一组的p=0.034<0.05,有统计学意义,表明其不服从正态分布;而其他各组p均大于0.05,服从正态分布。
由于p=0.034, 比0.05稍微小点,我们对其宽容点,仍然采用方差分析。

2、方差分析

Step1:依次点击“分析——一般线性模型——单变量”。
Step2:在弹出的单变量对话框中,将“BMI”放入“因变量”框中,因考察的两因素均为分类变量,因此,将“运动训练”“饮食控制”均放入“固定因子”框中。
Step3:点击“模型”,出现“单变量:模型”对话框,默认选择“全因子”,,点击继续。全因子表明会输出运动训练主效应、饮食控制主效应、以及两者的交互效应。
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Step4:点击“事后比较”,出现“多重比较”对话框。将“运动训练”“饮食控制”放入右边对话框,同时选择一种多重比较方法,比如“邦弗伦尼”。
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Step5:点击“EM 平均值”,出现“估计边际平均值”对话框。将“运动训练”“饮食控制”和“运动训练*饮食控制”放入右边对话框,同时勾选“比较主效应”,再选择“邦弗伦尼”。学习笔记|两因素析因设计的方差分析|效应量|统计分析策略|《小白爱上SPSS》课程:SPSS第九讲 | 两因素析因设计的方差分析,超级详细_第6张图片
Step6:点击“选项”,出现“选项”对话框。主要勾选“描述统计”、“效应量估计”和“齐性检验”。
Step7:点击“继续”和“确定”,就能输出结果。
命令行:

UNIANOVA BMI BY 运动训练 饮食控制 
  /METHOD=SSTYPE(3) 
  /INTERCEPT=INCLUDE 
  /POSTHOC=运动训练 饮食控制(BONFERRONI) 
  /EMMEANS=TABLES(运动训练) COMPARE ADJ(BONFERRONI) 
  /EMMEANS=TABLES(饮食控制) COMPARE ADJ(BONFERRONI) 
  /EMMEANS=TABLES(运动训练*饮食控制) 
  /PRINT ETASQ DESCRIPTIVE HOMOGENEITY 
  /CRITERIA=ALPHA(.05) 
  /DESIGN=运动训练 饮食控制 运动训练*饮食控制.

四、结果解读

两因素析因设计方差分析的结果有多个表格,在此讲解几个重点表格。
第一,描述性统计结果,包括平均数和标准差。
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第二,Leven方差齐性检验结果。
可选择第一行基于平均数结果,结果显示方差齐性检验p=0.397,大于0.05,不具有统计意义,支持原假设,具有方差齐性,可采用F检验。
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第三,主体间效应检验。
从表格中可知,运动训练的主效应显著,F=40.360,p<0.001,偏Eta平方=0.729; 饮食控制的主效应显著,F=17.03,p<0.001,偏Eta平方=0.362;更重要的是,运动训练与饮食控制的交互效应显著,F=3.877,p=0.032,偏Eta平方=0.205。
偏Eta平方是指效应量,数值越大,表明效应量越大,现在越来越多的杂志要求报告效应量。
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Tips:效应量越大越好吗?

引自百度经验:效应量越大越好吗
是的。
效应量是越大越好,一般来说Cohen’s d系数在0.2-0.5为小效应量,0.5-0.8为中等,0.8以上为大效应。不同的研究者有不同的划分方法。其他的可以参考Cohen’s d系数。
效应量是指由于因素引起的差别,是衡量处理效应大小的指标。与显著性检验不同,这些指标不受样本容量影响。它表示不同处理下的总体均值之间差异的大小,可以在不同研究之间进行比较。
平均值差异、方差分析解释比例、回归分析解释比例需要用效应量描述。效应量不受样本容量的影响。当样本容量大得到显著时,有必要报告效应量大小。
一般用于针对某一研究领域内的元分析中,经常见于心理,教育,行为研究等。其主要统计思路是指主要变量引起的效应差别除以相应的标准误差,这一相对量对估算处理效应很重要。
效应量太小,意味着处理即使达到了显著水平,也缺乏实用价值。

统计分析策略

针对两因素方差分析,再次强调统计分析策略。
(1) 如果自变量之间不存在交互作用,进行主效应分析;
(2) 如果自变量之间存在交互作用,进行简单主效应分析,而主效应不是那么重要了。
本案例交互效应显著,故着重分析交互效应和简单效应。
第四,成对比较和多重比较。
主要呈现运动训练的三个水平之间两两比较;以及饮食控制的两个水平比较。
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这几个表格与之前《第七讲 | 单因素方差分析怎么做?》的事后多重比较类似。
稍微说明一下,运动训练有三个水平,会呈现多重比较结果;但饮食控制只有两个水平,故没有多重比较结果。
接下来重点分析交互效应和简单效应。

五、简单效应操作及结果

1、SPSS操作

Step1:分析-一般线性模型-单变量,回到上述“单变量”窗口,点击“粘贴”。
Step2:弹出IBM SPSS Statistics 语法编辑器界面,这里呈现的是之前所有菜单式操作的计算机语言。
Step3:在/EMMEANS=TABLES(运动训练饮食控制),按【回车键】,另起一行,输入或者复制粘贴以下语句。
/EMMEANS=TABLES(运动训练
饮食控制)COMPARE(运动训练)ADJ(BONFERRONI)
/EMMEANS=TABLES(运动训练*饮食控制)COMPARE(饮食控制)ADJ(BONFERRONI)
完整命令行:

UNIANOVA BMI BY 运动训练 饮食控制
  /METHOD=SSTYPE(3)
  /INTERCEPT=INCLUDE
  /POSTHOC=运动训练 饮食控制(BONFERRONI) 
  /EMMEANS=TABLES(运动训练) COMPARE ADJ(BONFERRONI)
  /EMMEANS=TABLES(饮食控制) COMPARE ADJ(BONFERRONI)
  /EMMEANS=TABLES(运动训练*饮食控制) 
  /EMMEANS=TABLES(运动训练*饮食控制)COMPARE(运动训练)ADJ(BONFERRONI)
  /EMMEANS=TABLES(运动训练*饮食控制)COMPARE(饮食控制)ADJ(BONFERRONI)
  /PRINT ETASQ DESCRIPTIVE HOMOGENEITY
  /CRITERIA=ALPHA(.05)
  /DESIGN=运动训练 饮食控制 运动训练*饮食控制.

如下图:
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解释:TABLES(运动训练*饮食控制)指的是“运动训练”与“饮食控制”的交互效应;
COMPARE(运动训练)是指根据“运动训练”变量提供简单主效应结果,就是固定饮食控制某一个水平,比较运动训练三个水平之差异,需采用多重比较。
ADJ(BONFERRONI) 多重比较的调整方法,一般选择LSD、Bonferroni、SIDAK调整。本案例选择Bonferroni调整。
Step4:点击“运行”——“全部”。即可呈现简单效应结果。

2、结果解读

第一张,运动训练的简单效应。
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结果显示,在一般饮食控制下,运动训练的简单效应显著,F=10.235,p<0.001, 偏η2=0.406;
在严格饮食控制下,运动训练的简单效应显著,F=34.003,p<0.001, 偏η2=0.694;
由于运动训练有三个水平,到底哪两两之间有显著性差异呢?
我们要查看成对比较。
第二张,运动训练三水平的成对比较结果
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该成对比较结果显示:
在一般饮食控制下,低强度和中强度的BMI减少量之间无显著性差异(p=1.00>0.05,不具有统计学意义,支持原假设);在严格饮食控制下,低强度与中强度的BMI减少量之间无显著性差异(p=0.302);
而无论是一般饮食控制,还是严格饮食控制条件下,高强度与中强度、高强度与低强度两两比较均有显著性差异(p<0.001)。
这一结果似乎没有很好地体现交互效应,不急,我们再看看饮食控制的简单效应。
第三张,饮食控制的简单效应
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结果显示:
在低强度下,饮食控制的简单效应不显著,F=0.253,p=0.619, 偏η平方=0.008;
在中强度下,饮食控制的简单效应显著,F=4.906,p=0.034, 偏η平方=0.141;
在高强度下,饮食控制的简单效应显著,F=19.625,p<0.001 偏η平方=0.395。
非常好,该结果能较好地反映出了交互作用,也就是说饮食控制的干预效果会随着运动强度水平发生变化。
只有在中和高强度运动条件下,饮食控制才有效果;而在低强度运动条件下,饮食控制无效。
第四张, 饮食控制的成对比较,由于饮食控制只有两个水平,虽然我们选择了Bonferroni矫正,实际上并没有多重比较和矫正。
仔细对比发现,成对比较结果的p值与第三张表格简单效应p值是一模一样的。
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六、规范报告

规范报告有多种方式,本公众号只提供一种方式供参考。

1、规范表格

饮食控制与运动干预对BMI减少量的方差分析结果
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2、规范文字

方差分析结果显示:
运动训练的主效应显著,F=40.36,p<0.001,偏η2=0.73;
饮食控制的主效应显著,F=17.03,p<0.001,偏η2=0.36;
运动训练与饮食控制的交互效应显著,F=3.88,p=0.032,偏η2=0.21。
进一步检验效应结果显示:
在低强度下,饮食控制的简单效应不显著,F=0.24,p=0.62, 偏η2=0.01;
在中强度下,饮食控制的简单效应显著,F=4.91,p=0.03, 偏η2=0.14;
在高强度下,饮食控制的简单效应显著,F=19.63,p<0.001 偏η2=0.40。
小白学了两因素析因设计的方差分析,感觉有些吃力,但很充实。
他躺在床上思考,两个因素中,如果有一个因素是重复测量(比如前测,中测和后测);另一个是组间设计,比如实验组和对照组,这时应该怎么分析?
想着想着,无法入睡,干脆起床,查了查,下一节内容:两因素重复测量方差分析。

划重点

1、析因设计是将两个或多个因素的各水平交叉分组,对各组合都进行实验的一种设计。

2、两因素析因设计方差分析策略是:两个分类自变量,一个连续型因变量;自变量分成两个或两个以上水平;各组数据需满足正态性和方差齐性(该条件可适当放宽)。

3、两因素析因设计方差分析主要分析两个因素的主效应,两个因素的交互效应,以及对应的简单效应。

4、如果两自变量之间不存在交互效应,则着重分析主效应;如果存在交互效应,着重分析交互效应和简单主效应,而主效应不是那么重要了。

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