2.1.3. Вычисление доверительного интервала
Вычислив значения выборочной средней величины (или средневзвешенной величины)См.: подраздел 2.1.1. Выборочное среднее.и среднего квадратического отклонения, можно построить доверительный интервал средней величины. Вычисление доверительного интервала для средней величины тесно связано с понятием доверительной вероятности, ошибки средней величины и предельной ошибкой выборки.
Доверительная вероятность определяет степень уверенности того факта, что измеренная величина находится в близи среднего значения. Средняя ошибка выборки показывает объективно возникающее расхождение между характеристиками выборки и генеральной совокупностью, а предельная ошибка выборки – это ошибка выборки, исчисляемая с заданной степенью вероятности. Ошибка средней величины в выборке для количественного признака вычисляется по уравнению (8):
, (8)
где S – выборочное среднее квадратическое отклонение; N – количество исследований.
Ошибка средней величины для долей вхождения признака в данные также вычисляется по уравнению (8) с той лишь разницей, что вместо выборочного среднего квадратического отклонения в уравнение подставляется среднее квадратическое отклонение долей исследуемого признака (уравнение 5).
Предельная ошибка выборки вычисляется по уравнению (9):
Δlim = t * Δ, (9)
где значение t представлено в таблице 4.
Таблица 4 – Значение коэффициента t и доверительная вероятность для нормального закона распределения данных
| Значение коэффициента t | Доверительная вероятность P(t) |
| 1 | 68,3 |
| 1,96 | 95,0 |
| 2 | 95,5 |
| 2,58 | 99,0 |
| 3 | 99,7 |
В медицинских исследованиях доверительный интервал принимается равным (10)Херцог М., Френсис Г., Кларк А. [и др.]. Статистика и планирование эксперимента для непосвященных: как отучить статистику лгать. М.: ДМК Пресс, 2023. 174 с.:
X̅ ∓ 2 ∙ Δlim, (10)
где X̅ – среднее значение исследуемой величины; Δlim – предельная ошибка выборки исследуемой величины.
В случае оценки доли фактора и отклонения долей, величина доверительного интервала вычисляется по уравнению (11):
X̅ ∓ 2 ∙ Δelim,(11)
где X̅e – средняя доля исследуемого признака, определенная по уравнению (3); Δelim – предельная ошибка выборки долей вхождения признака в данные.
На рисунке 6 изображено графическое представление доверительного интервала при условии данных, распределенных в соответствии с нормальным (Гауссовым) законом.
&hide_Cookie=yes)
Рисунок 6 – Доверительный интервал (уравнение 10) выборочного среднего значения (расстояние от белой вертикальной линии до зеленой вертикальной линии)
Пример вычисления доверительных интервалов
На примере значений веса пациентов с подтвержденным диагнозом «анорексия» (набор данных anorexia пакета MASS) проведем анализ доверительных интервалов весов и долей пациентов в контрольной группе, группе с когнитивно-поведенческой терапией и в группе с назначенной семейной терапией.
Листинг 5
library(MASS) # Подключаем библиотеку, содержащую набор данных anorexia
library(ggplot2)
#==========================================================
# Выделяем из набора данных подгруппы пациентов с разным типом лечения
#==========================================================
contData <- anorexia[anorexia$Treat=="Cont",]$Prewt
cbtData <- anorexia[anorexia$Treat=="CBT",]$Prewt
ftData <- anorexia[anorexia$Treat=="FT",]$Prewt
#==========================================================
# Вычисляем средние значения
#================================================================
meanCont <- mean(contData) # Средний вес в контрольной группе
meanCBT <- mean(cbtData) # Средний вес в когнитивно-поведенческой группе
meanFT <- mean(ftData) # Средний вес в группе семейной терапии
#===============================================================
# Вычисляем среднее квадратическое отклонение
#===============================================================
sdCont <- sd(contData)/(sqrt(length(contData))) # Среднее квадратическое
# отклонение веса в контрольной группе
sdCBT <- sd(cbtData)/(sqrt(length(cbtData))) # Среднее квадратическое отклонение
# веса в когнитивно-поведенческой группе
sdFT <- sd(ftData)/(sqrt(length(ftData))) # Среднее квадратическое отклонение
# веса в группе семейной терапии
#===============================================================