BIOSTATISTIKA
L08
Interakce prediktorů
Ilustrace vytvořená pomocí AI.
Ilustrace vytvořená pomocí AI.
Délka krunýře a zadní šířka krunýře jsou dvě měření téhož kraba.
Odpovězte samostatně na tři krátké otázky. Na telefonu neuvidíte odpovědi ostatních; společné výsledky otevřeme až po hlasování.
Výsledky nelze vložit při otevření prezentace přímo ze souboru.
Spusťte prezentaci přes místní webový server nebo použijte odkaz níže.
Správná odpověď: Změnu odhadované tloušťky listu při zvýšení roční teploty o 1 °C, když maximální teplotu držíme stejnou.
V modelu s více prediktory čteme každý sklon při stejné hodnotě ostatních prediktorů. Koeficient proto není totožný s jednoduchým jednoprediktorovým sklonem.
Správná odpověď: Odhadu pro kombinaci roční a maximální teploty, která leží uvnitř pozorovaného mraku bodů.
Model výpočet provede i mimo společně pozorované kombinace, ale takový odhad je extrapolace. Opora je silnější uvnitř mraku skutečných kombinací prediktorů.
Správná odpověď: Koeficienty se nezmění, ale sekvenční tabulka z anova() může přidělit sdílenou informaci jinak.
Pořadí prediktorů nemění fit ani koeficienty stejného modelu. Sekvenční anova() však testuje členy v pořadí ve formuli, takže u korelovaných prediktorů se její řádky mohou změnit.
Po absolvování této přednášky budete schopni:
Co víme o krabech
Bude rozdíl v zadní šířce mezi stejně dlouhou samicí a samcem stejný u malých i velkých krabů?
Campbell a Mahon (1974), Australian Journal of Zoology 22: 417–425.
data_krabi_vse <-
read.csv(file = "data/krabi.csv")
# Modrá forma, pohlaví, délka a zadní šířka
data_krabi <-
data_krabi_vse[
data_krabi_vse$sp == "B",
c("sex", "CL", "RW")
]
names(data_krabi) <-
c("pohlavi", "delka_krunyre_mm",
"zadni_sirka_mm")
data_krabi$pohlavi <-
factor(
x = data_krabi$pohlavi,
levels = c("F", "M"),
labels = c("samice", "samec")
)
head(x = data_krabi, n = 3) pohlavi delka_krunyre_mm zadni_sirka_mm
1 samec 16.1 6.7
2 samec 18.1 7.7
3 samec 19.0 7.8
100 krabů
Campbell a Mahon (1974) · data/krabi.csv
+ dovoluje posun mezi skupinami, ale ukládá jim společný sklon.
Ve dvojici
Porovnejte svislou vzdálenost přímek u kratších a delších krabů.
Sedí přímky k bodům i na koncích rozsahu?
Svislá vzdálenost mezi přímkami se s délkou mění.
Aditivní model
Rozdíl mezi pohlavími je při každé délce stejný.
Rovnoběžné přímky
Model s interakcí
Rozdíl mezi pohlavími se mění s délkou.
Různé sklony
Interakce: vztah délky a zadní šířky závisí na pohlaví.
zadni_sirka_mm ~ delka_krunyre_mm + pohlavizadni_sirka_mm ~ delka_krunyre_mm + pohlavi + delka_krunyre_mm:pohlavizadni_sirka_mm ~ delka_krunyre_mm * pohlavix * y je zkratka pro x + y + x:y; dvojtečka označuje interakční člen.
Každou přímku kreslíme jen přes délky zastoupené v její skupině.
Která přímka je při 30 mm výše? O kolik přibližně?
delka_krunyre_mm pohlavi odhad_sirky_mm
1 30 samice 12.91000
2 30 samec 11.14947
● Samice
12,91 mm
▲ Samec
11,15 mm
Samec − samice
−1,76 mm
Co víme
Co ještě nevíme
summary()? Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 0.708 0.294 2.409 0.018
delka_krunyre_mm 0.407 0.010 39.742 0.000
pohlavisamec 1.973 0.400 4.928 0.000
delka_krunyre_mm:pohlavisamec -0.124 0.013 -9.450 0.000
Pro výklad nám stačí sloupec Estimate.
(Intercept)
0,708 mm
Odhad pro samici při délce 0 mm (hypotetický krab).
delka_krunyre_mm
+0,407 mm/mm
Sklon samičí přímky: samice delší o 1 mm má odhadem širší zadní část.
pohlavisamec = +1,973 mm
Rozdíl samec − samice, když delka_krunyre_mm = 0.
Není to:
Biologicky smysluplné srovnání získáme z předpovědí uvnitř dat.
Sklon samic
0,4067 mm/mm
Rozdíl sklonů samec − samice
−0,1245 mm/mm
\[ \text{sklon samců} = \text{0,4067} + (\text{−0,1245}) \approx \text{0,282}\ \text{mm/mm} \]
95% interval spolehlivosti rozdílu sklonů: −0,151 až −0,098 mm/mm
Rozdíl samec − samice při 30 mm tvoří:
\[ \text{rozdíl při } 30\ \text{mm} = \text{1,9731} + 30 \times (\text{−0,1245}) \approx \mathbf{\text{−1,76}\ \text{mm}} \]
Obecně pro délku \(x\), kde \(\beta\) označuje koeficient modelu:
\[ \text{rozdíl}(x)=\beta_{\text{samec}}+x\,\beta_{\text{délka:samec}} \]
Je to stejný rozdíl, který jsme odečetli z předpovědí.
pohlavisamec při každé délce?A) Ano, při každé délce.
B) Ne, pouze při délce 0 mm.
C) Ne, pouze při délce 30 mm.
Při jiné délce musíme přidat příspěvek interakčního koeficientu.
Residua leží kolem nuly bez oblouku a s podobným rozptylem u malých i velkých krabů.
Graf neověří příčinu ani platnost mimo pozorované délky.
Bude rozdíl v zadní šířce mezi stejně dlouhou samicí a samcem stejný u malých i velkých krabů?
Co data ukazují
Co zůstává otevřené
Ilustrace vytvořená pomocí AI.
Odezva
Délka krunýře (mm)
Dva skupinové prediktory
Barevná forma · pohlaví
Mění se rozdíl samec − samice mezi barevnými formami?
Do každé skupiny vybrali autoři stejný počet krabů, takže průměrné délky závisejí i na výběru.
Každý bod je jeden krab. Autoři vybrali do každé skupiny 50 krabů.
Minuta bez hovoru
Napište pro každou formu:
Body, osy i náhodné posunutí jsou stejné. Přibyly pouze průměry a spojnice.
🔵 Modrá forma
\[ \text{32,01} - \text{28,10} = \mathbf{\text{+3,91}\ \text{mm}} \]
🟠 Oranžová forma
\[ \text{33,69} - \text{34,62} = \mathbf{\text{−0,93}\ \text{mm}} \]
U modré formy jsou samci v průměru delší, u oranžové o něco kratší.
Rozdíl dvou rozdílů \(\Delta\) = rozdíl u 🟠 oranžové formy − rozdíl u 🔵 modré formy
\[ \Delta = (\text{−0,93}) - (\text{+3,91}) = \mathbf{\text{−4,84}\ \text{mm}} \]
Rozdíl mezi pohlavími se při přechodu od modré k oranžové formě změní o −4,84 mm.
forma * pohlavi zapíše všechny čtyři kombinaceforma + pohlavi + forma:pohlavi = forma * pohlavi; referenční kombinace je modrá forma a samice.
Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 28.102 0.950 29.584 0.000
formaoranžová 6.516 1.343 4.851 0.000
pohlavisamec 3.912 1.343 2.912 0.004
formaoranžová:pohlavisamec -4.842 1.900 -2.549 0.012
| Koeficient | Odhad (mm) |
|---|---|
(Intercept) |
28,102 |
formaoranžová |
+6,516 |
pohlavisamec |
+3,912 |
formaoranžová:pohlavisamec |
−4,842 |
A) pohlavisamec
B) formaoranžová:pohlavisamec
C) pohlavisamec + formaoranžová:pohlavisamec
D) formaoranžová
+3,91 + (−4,84) = −0,93 mm: stejný rozdíl, jaký jsme spočítali z průměrů oranžové formy.
(Intercept): 🔵 modrá samice
28,10 mm
formaoranžová: 🟠 oranžová − 🔵 modrá mezi samicemi
+6,52 mm
pohlavisamec: samec − samice v 🔵 modré formě
+3,91 mm
formaoranžová:pohlavisamec: změna rozdílu mezi formami
−4,84 mm
95% interval spolehlivosti interakce: −8,59 až −1,10 mm
forma = modrá:
pohlavi emmean SE df lower.CL upper.CL
samice 28.1 0.95 196 26.2 30.0
samec 32.0 0.95 196 30.1 33.9
forma = oranžová:
pohlavi emmean SE df lower.CL upper.CL
samice 34.6 0.95 196 32.7 36.5
samec 33.7 0.95 196 31.8 35.6
Confidence level used: 0.95
Model má jeden parametr pro každou kombinaci, proto odhady odpovídají pozorovaným skupinovým průměrům.
Residuum = délka kraba − průměr jeho skupiny.
Průměrné délky závisejí i na tom, které kraby autoři vybrali. Výsledek popisuje tento soubor, ne velikost krabů v přírodě.
Střemcha pozdní
Ve dvojici
Dva stejně tlusté kmeny ztloustnou o 1 cm. Jeden strom je nízký, druhý vysoký.
Kterému přibude víc dřeva?
Vysokému: nová vrstva dřeva obalí delší kmen.
Meyer (1953), Forest Mensuration · data/stromy.csv
Ve dvojici: kde leží tenké a tlusté kmeny v krajních panelech?
Panel = výšková čtvrtina stromů · přímka = model při střední výšce panelu
Čím vyšší strom, tím strmější přímka.
Šedá přerušovaná = přímka nejnižšího panelu · sklon = m³ na 1 cm průměru
prumer_cm * vyska_m: sklon průměru závisí na výšce (Intercept) prumer_cm vyska_m prumer_cm:vyska_m
1.96508 -0.06528 -0.12050 0.00493
sklon průměru = prumer_cm + prumer_cm:vyska_m × výška
| Výška stromu | 21 m | 23 m | 25 m |
|---|---|---|---|
| Sklon průměru (m³ na 1 cm) | 0,038 | 0,048 | 0,058 |
prumer_cm?prumer_cm = −0,065 m³ na 1 cm
A) Pro každý změřený strom.
B) Jen pro nejnižší stromy v datech.
C) Pro žádný: tlustší kmen má méně dřeva.
D) Jen pro strom vysoký 0 m.
Takový strom v datech není. Sklon průměru proto uvádíme při zvolené výšce uvnitř dat.
Přibude vysokému stromu s každým centimetrem průměru víc dřeva?
Co data ukazují
Co zůstává otevřené
Co se mění? Rozdíl mezi přímkami podél osy délky.
Co se mění? Rozdíl mezi pohlavími podle formy.
Co se mění? Sklon průměru s výškou stromu.
Neúplné
„Délka má efekt.“
„Samci jsou větší.“
„Průměr kmene má efekt.“
Opravte tvrzení
V modelu s interakcí vždy uvádíme hodnotu nebo úroveň druhého prediktoru.
1. Otázka Mění se vztah nebo rozdíl podle druhého prediktoru?
2. Data a předpovědi Ukažte body a předpovědi pro konkrétní kombinace.
3. Koeficienty Hlavní koeficient platí v referenční skupině nebo při nule druhého prediktoru.
4. Závěr Jen v rozsahu dat a jako souvislost, ne příčina.
x * y je zkratka pro x + y + x:y.Data: Campbell, N. A. a Mahon, R. J. (1974) · Meyer, H. A. (1953) · data/krabi.csv, data/stromy.csv
Ilustrace vytvořená pomocí AI.
Aditivní kandidát
zadni_sirka_mm ~
delka_krunyre_mm + pohlavi
Stálý rozdíl
Interakční kandidát
zadni_sirka_mm ~
delka_krunyre_mm * pohlavi
Měnící se rozdíl
Jak mezi kandidáty vybírat, ukáže následující lekce.
Uveďte biologickou otázku, u které byste čekali, že vztah dvou znaků závisí na skupině nebo na hodnotě jiného znaku.
Jak by vypadal graf?