SuperAPI AI 工具集

power-analysis-guide

数据与分析

查看项目

更新于 10-16 07:45

技能介绍

本工具是一份统计功效分析(power analysis)与样本量计算指南,核心用途是在研究设计阶段估算所需样本量,并帮助使用者理解效应量、避免统计功效不足(underpowered)或过度浪费(overpowered)的设计。

核心概念 功效分析涉及四个相互关联的量,固定其中任意三个即可求解第四个:效应量(d、r、f 等,表示期望检测到的现象幅度,典型值随领域不同)、显著性水平 alpha(第一类错误即假阳性的概率,典型值 0.05)、统计功效 1 - beta(检测到真实效应的概率,典型值 0.80 或 0.90)、样本量 N(需要的观测数,通常作为求解目标)。

关于错误类型,资料以表格形式说明:当 H0 为真(无效应)时,拒绝 H0 属于第一类错误(alpha),不拒绝 H0 属于正确(1 - alpha);当 H0 为假(存在效应)时,拒绝 H0 属于正确(功效 = 1 - beta),不拒绝 H0 属于第二类错误(beta)。

效应量惯例

  • Cohen's d(两组比较):公式 d = (M1 - M2) / SD_pooled。0.2 为小效应(细微,可能需要大样本才能检测到),0.5 为中等效应(可察觉,社会科学中常见),0.8 为大效应(明显,通常不依赖统计即可看出)。
  • 相关系数 r:0.1 为小效应(解释 1% 方差),0.3 为中等效应(9%),0.5 为大效应(25%)。
  • Cohen's f(方差分析 ANOVA):0.10 为小效应(等效 eta-squared 0.01),0.25 为中等效应(0.06),0.40 为大效应(0.14)。
  • 优势比 OR(逻辑回归):1.5 为小效应,2.5 为中等效应,4.0 为大效应。

使用方式(Python,statsmodels) 指南给出多段可直接使用的代码示例。两样本 t 检验使用 TTestIndPower().solve_power:给定 effect_size=0.5、alpha=0.05、power=0.80、ratio=1.0、alternative='two-sided' 时输出每组所需 N;也可固定 nobs1=50 反求 power。配对 t 检验使用 TTestPower;单因素方差分析使用 FTestAnovaPower(给定 effect_size=0.25、k_groups=4);卡方检验使用 GofChisquarePower(给定 effect_size=0.3、n_bins=4);多元回归使用 FTestPower,并说明需先将 R-squared 转换为 f2 = R2 / (1 - R2),且 solve_power 返回的是 df_denom,总样本量 = 返回值 + 预测变量数 + 1。

使用方式(R,pwr 包) 指南提供 pwr.t.test(两样本 t 检验)、pwr.r.test(相关检验)、pwr.anova.test(4 组单因素方差分析)、pwr.chisq.test(卡方检验)示例,并给出通过 n = seq(10, 200, by = 5) 与 plot(result) 绘制功效曲线的方式。

使用方式(GPower 桌面应用) GPower(gpower.hhu.de)是一款免费且被广泛使用的图形界面功效分析工具。操作流程为:选择检验族(t 检验、F 检验、卡方、z 检验、精确检验)→ 选择具体统计检验(如“Means: Difference between two independent means (two groups)”)→ 选择分析类型(A priori 计算 N、Post hoc 计算功效、Sensitivity 计算可检测效应)→ 输入参数(效应量、alpha、功效、分配比例)→ 点击 Calculate 得到结果 → 使用 “X-Y plot for a range of values” 可视化功效曲线。

实用建议与常见错误 选用效应量时,资料明确建议不要盲目套用 Cohen 惯例值,而应通过文献综述(查找同类研究报告的效应量)、预试验数据、最小关注效应量(SESOI,即具有实际意义的最小效应)或领域内元分析的合并效应量来确定。 常见错误对照表列出:事后功效分析(post hoc power analysis)存在循环论证、收集数据后已无信息量,应只做事前功效分析;默认使用 Cohen“中效应”可能不符合所在领域实际,应基于文献或 SESOI;忽略流失率会导致实际 N 低于计划,应按预期脱落率将 N 上调 10%–20%;遗忘多重比较会因 Bonferroni 校正降低功效,应按检验数量调整 alpha;不报告功效分析会使审稿人无法评估充分性,应始终在方法部分报告。

报告模板 指南给出报告范例:说明使用何种工具(G*Power 3.1 / statsmodels / R pwr)进行事前功效分析;针对某检验类型、预期效应量(d/r/f = X,来源为先前研究/元分析/预试验数据)、alpha = .05、power = .80,所需样本量为(每组 N/总 N);为应对估计的 X% 流失率,最终招募 N 名参与者。

限制与未提供信息 资料未说明该指南本身的收费方式、价格、平台限制或版本信息;其内容为方法讲解与代码示例,实际样本量结果取决于使用者输入的效应量等参数,需自行结合领域文献确定。