구조모형의 법칙

데이터의 구조식

  1. 1원배치: $ x_{ij} = \mu + a_i + e_{ij} $
  2. 2원배치: $ x_{ij} = \mu + a_i + b_j + e_{ij} $
  3. 3원배치: $ x_{ij} = \mu + a_i + b_j + (ab)_{ij} + e_{ijk} $
구조식에 최종 교호작용이 있으면 반복이 있다는 뜻이다.

평균치의 구조식

  1. $ \bar{x}_{i\cdot} = \mu + a_i + \bar{b} + (a\bar{b})_{i\cdot} + \bar{e}_{i\cdot} $
  2. $ \bar{\bar{x}}=\mu + \bar{b}+\bar{\bar{c}} $
  1. $B_j$가 모수인자이면 $\bar{b}=0$이어서 구조식에서 없어지고, 변향이변 1, 2항처럼 구조식에 표현된다.
  2. 오타 $e$의 형태는 $x$의 형태와 항상 같다.

귀무가설과 대립가설

$ H_0 : a_1 = a_2 = \dots = a_n \text{ 또는 } \sigma^2_A = 0 $

$ H_1 : $ 모두 $0$은 아니다. 또는 $ \sigma^2_A > 0 $

제곱합(SS sum of squares)의 계산

전체변동 및 주인자변동의 계산

  1. $CT$(Correction Term: 수정항) $ = T^2/N$
  2. 총변동: $S_T = \sum\sum x_{ij}^2 - CT$
  3. 반복없는 2원배치 인자 A: $S_A = \frac{\sum T_{i\cdot}^2}{m} - CT$
  4. 반복없는 2원배치 인자 B: $S_B = \frac{\sum T_{\cdot j}^2}{l} - CT$

급간변동의 계산

  1. 1원 배치: $S_A = \frac{\sum T_{i\cdot}^2}{r}-CT$
  2. 반복있는 2원 배치: $S_{AB} = \frac{\sum\sum T_{ij\cot}^2}{r}-CT$
  3. 반복있는 3원 배치: $S_{ABC} = \frac{\sum\sum\sum T_{ijk\cot}^2}{r}-CT$

교호작용의 변동계산

  1. $ S_{A \times B} = S_{AB} - S_A - S_B $
  2. $ S_{A \times B \times C } = S_{ABC} - S_A - S_B - S_C - S_{A \times B} - S_{A \times C} - S_{B \times CB} $

자유도(DF)의 계산

총 자유도

$\nu_T = l \times m \times n \times \dots \times r-1 = N - 1$

단, 결측이 있는 경우, 총 자유도에서 결측치를 뺀다.

반복이 있는 경우 오차의 자유도

$\nu_e = lmn\dots (r-1) \rightarrow $ 수준수(반복수 $- 1$)

반복이 없는 경우 오차의 자유도

$\nu_e = (l-1)(m-1)(n-1)\dots \rightarrow$ 최종교호작용

반복이 있을 때의 최종교호작용의 자유도와 같다.

요인의 자유도

$\nu_\text{요인} = \text{수준수} - 1$

5) 최종교호작용의 자유도

$\nu_{\text{요인}\times\text{요인'}} = \nu_\text{요인} \times \nu_\text{요인'}$

제곱평균(MSmean square)의 계산

제곱평균의 계산식

$V_\text{요인} = \dfrac{S_\text{요인}}{\nu_\text{요인}}$

오차항에 유의하지 않은 인자를 풀링했을 때

$V_e' = \dfrac{S_e + \sum S_\text{pooling}}{\nu_e + \sum \nu_\text{pooling}}$

$E(V)$의 법칙

$r$ 반복, $A, B$ 모수인자, $C$ 변량인자인 경우

인자 $E(V)$
$A$ $\sigma_e^2 + mr\sigma^2_{A \times C} + mnr\sigma^2_A$
$B$ $\sigma_e^2 + lr\sigma^2_{B \times C} + lnr\sigma^2_B$
$C$ $\sigma_e^2 + lmr\sigma^2_C$
$A \times B$ $\sigma_e^2 + r\sigma^2_{A \times B \times C} + nr\sigma^2_{A \times B}$
$A \times C$ $\sigma_e^2 + mr\sigma^2_{A \times C}$
$B \times C$ $\sigma_e^2 + lr\sigma^2_{B \times C}$
$A \times B \times C$ $\sigma_e^2 + r\sigma^2_{A \times B \times C}$
$e$ $\sigma_e^2$
  1. 변량인자(C) 또는 변량인자와의 교호작용은 오차와 변량인자 또는 변량인자와의 교호작용으로만 구성된다.
  2. 모수인자 또는 모수인자간의 교호작용은 해당인자(또는 교호작용)와 변량인자와의 교호작용이 별도로 있을 경우 오차 + 변량인자와의 교호작용 + 주인자(또는 교호작용)의 변동으로 구성된다.

$F_0$검정통계량 기각역의 계산법

인자 $SS$ $DF$ $F_0$
$A$ $S_A$ $l-1$ $V_A/V_{A \times B}$
$B$ $S_B$ $m-1$ $V_B/V_e$
$A \times B$ $S_{A \times B} - S_A - S_B$ $(l-1)(m-1)$ $V_{A \times B}/V_e$
$e$ $S_T - S_B$ $lm(r-1)$
$T$ $S_T$ $lmr-1$
  1. 변량인자는 오차로 나눈다.
  2. 변량인자의 교호작용도 오차로 나눈다.
  3. 모수인자는 변량과의 교호작용이 있으면 변량과의 교호작용으로 나누고, 변량과의 교호작용이 없으면 오차로 나눈다.

분산분석 후의 주인자의 신뢰구간

1) 주인자의 최적해 추정(변향인자가 없거나 변향인자가 유의하지 않을 때)

$ \mu(A_i) = \bar{x}_{i\cdot\cdot} \pm t_{1 - \alpha/2}(\nu_e)\sqrt{\frac{V_e}{mr}}$

2) 혼합모형의 모수인자 최적해 추정(교호작용이 유의하지 않을 때 또는 난괴법)

$ \mu(A_{i\cdot\cdot}) = \bar{x}_{i\cdot\cdot} \pm t_{1 - \alpha/2}(\nu^*)\sqrt{\frac{V_B + (l-1)V_e}{N}} $

자유도의 계산: 정수로 반올림한다.
$\nu^* = \frac{(V_B + \nu_AV_e)^2}{\frac{(V_B)^2}{\nu_B}+\frac{(\nu_AV_e)}{\nu_e}}$

3) 혼합모형의 모수인자 최적해 추정(교호작용이 유의할 때)

$ \mu(A_{i\cdot\cdot}) = \bar{x}_{i\cdot\cdot} \pm t_{1 - \alpha/2}(\nu^*)\sqrt{\frac{V_B + lV_{A \times B}-V_e}{N}} $

1차 1인자인 단일 분할법의 경우(교호작용이 유의하지 않을 때).
$ \mu(A_{i\cdot\cdot}) = \bar{x}_{i\cdot\cdot} \pm t_{1 - \alpha/2}(\nu^*)\sqrt{\frac{V_R + (l-1)V_{e_1}}{N}} $
$ \mu(A_{i\cdot\cdot}) = \bar{x}_{i\cdot\cdot} \pm t_{1 - \alpha/2}(\nu^*)\sqrt{\frac{V_R + (m-1)V_{e_2}}{N}} $

수준간 차의 측정

$ \mu(A_i) - \mu(A_i^\prime) $

모수모형과 혼합모형에서 교호작용이 유의하지 않을 경우 및 난괴법의 모수인자에 대한 차의 추정방법은 같다.

1) 반복수가 동일할 때

$ (\bar{x}_{i\cdot\cdot}-\bar{x}'_{i\cdot\cdot}) \pm t_{a-\alpha/2}(\nu_e)\sqrt{\frac{2V_e}{mr}} $

모수모형은 교호작용이 유의해도 같은 식이 적용된다.

2) 반복수가 동일하지 않을 때

$ (\bar{x}_{i\cdot}-\bar{x}'_{i\cdot}) \pm t_{a-\alpha/2}(\nu_e)\sqrt{V_e\left(\frac{1}{r}+\frac{1}{r'}\right)} $

3) 혼합모형에서 교호작용이 유의할 때

$ (\bar{x}_{i\cdot\cdot}-\bar{x}'_{i\cdot\cdot}) \pm t_{a-\alpha/2}(\nu_{A \times B})\sqrt{\frac{2V_{A \times B}}{mr}} $

유의한 인자가 2개 이상일 때의 점추정

유의한 인자모형을 구조모형에 표기한 후 분리하여 점추정치를 구한다.

1) 반복있는 2원배치에서 인자 $A, B$와 교호작용 $A \times B$가 모두 유의할 때

$\bar{x}_{ij} \pm t_{1-\alpha /2}(\nu_e)\sqrt{V_e\dfrac{1}{r}+\dfrac{1}{r'}}$

2) 반복있는 2원배치나 반복없는 2월배치에서 인자 $A, B$가 유의하고, 교호작용이 유의하지 않을 때

$\bar{x}_{i\cdot\cdot} + \bar{x}_{\cdot j\cdot} - \bar{\bar{x}} \pm t_{1-\alpha/2}(\nu_e)\sqrt{\dfrac{V_e}{n_e}}$

(단, $\dfrac{1}{n_e}=\frac{1}{mr}+\dfrac{1}{lr}-\dfrac{1}{lmr}$이다.)

변량인자의 분산의 추정

1) 2원배치일 때

$\hat{\sigma}^2_B=\dfrac{V_B-V_e}{l} \text{ or } \dfrac{V_B - V_e}{lr}$

2) 반복있는 혼합모형 2원배치

교호작용 추정

$\hat{\sigma}^2_{A \times B}=\dfrac{V_{A \times B}-V_e}{r}$

오차분산의 추정

$\dfrac{S_e}{\chi^2_{1-\alpha/2}(\nu_e)}\le\sigma^2_e \le \dfrac{S_e}{\chi^2_{\alpha/2}(V_e)}$

등분산의 검정(반복있는 2원배치)

  • 각 급별로 범위 $R$을 계산한다.
  • $\bar{\bar{R}}=\dfrac{\sum\sum R_{ij}}{lm}$를 계산한다
  • $UCL_R=D_4\bar{\bar{R}}$보다 큰 $R_{ij}$가 하나도 없을 때 등분산성이 성립한다.
단, $D_4$는 반복수 $r$일 때의 값이다.

오차항에 풀링

  1. 실험의 목적을 고려한다.
  2. 기술적, 통계적인 면을 고려한다.
  3. 제2종 과오를 고려한다.

Yates의 결측치의 추정법

반복없는 모수모형 2원배치만 적용된다.

1) 결측치가 1개인 경우

$y=\dfrac{lT_{i\cdot}'+mT_{\cdot j}'-T'}{(l-1)(m-1)}$

총 자유도의 오차 자유도가 1 적어진다.

2) 결측치가 2개인 경우

$y_1(l-1)(m-1)+y_2=lT'_{i\cdot}+mT_{\cdot j}'-T'$

$y_1+y_2(l-1)(m-1)=lT''_{i\cdot}+mT_{\cdot j}'' -T'$

  1. 반복없는 일원배치의 결측치: 반복이 다를 일원배치로 분산분석한다.
  2. 반복있는 이원배치의 결측치: 그 급간의 평균으로 추정한다.
  3. 결측치가 발생하면 정도가 나빠지고, 해석이 복잡하므로 가급적 재실험이 바람직하다.