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X2检验


www.cnkang.com  2007-6-14  中华康网

  X2(称卡方)检验用途较广,但主要用于检验两个或两个以上样本率或构成比之间差别的显著性,也可检验两类事物之间是否存在一定的关系。

  一、两个率的比较

  (一)X2检验的基本公式 下页末行的例3.1是两组心肌梗塞病人病死率的比较,见表3.5,其中对照组未用抗凝药。两组病人的病死率不同,抗凝药组为25.33%,对照组为40.8%。造成这种不同的原因可能有两种:一种是仅由抽样误差所致;另一种是两个总体病死率确实有所不同。为了区别这两种情况,应当进行X2检验。其基本步骤如下:

  1.首先将资料写成四格表形式,如表3.6。

  将每个组的治疗人数分为死亡与生存两部分,各占四格表中的一格,这些数字称为实际频数,符号为A,即实际观察得来的数字。

  2.建立检验假设 为了进行检验,首先作检验假设:两种疗法的两总体病死率相等,为35%(即70/200),记为H0:π1=π2。即不论用或不用抗凝药,病死率都是35%,所以亦可以换一种说法:病死率与疗法无关。

  上述假设经过下面步骤的检验后,可以被接受也可以被拒绝。当H0被拒绝时,就意味着接受其对立假设即备择假设H1。此例备择假设为两总体病死率不相等,记为H1:π1≠π2

  因为我们观察的是随机现象,所以无论是接受或拒绝H0都冒有一定风险,即存在着错判的可能性。一般要求,当错误地被拒绝的概率α不超过一定的数值,如5%(或0.05),此值称为检验水准,记为α=0.05。

  3.计算理论频数 根据“检验假设”推算出来的频数称理论频数,符号为T。计算方法如下:假设两总体病死率相同,都是35.0%,那么抗凝血组治疗75人,其死亡的理论频数应为75×35.0%=26.25人,而生存的理论频数为75-26.25=48.75人。用同样方法可求出对照组的死亡与生存的理论频数,前者为43.75人。后者为81.25人。 然后,把这些理论频数填入相应的实际频数格内,见表3.6括号内数字。

  计算理论频数也可用下式(3.4)

  TRC=nRnC/N (3.4)

  式中,TRC为R行与C列相交格子的理论频数,nR为与计算的理论频数同行的合计数,nC为与该理论频数同列的合计数,N为总例数。

  例如;表3.6第一行与第一列相交格子的理论频数(T11)为

  T11= 75×70/200=26.25

  用两种方法计算,结果是相同的。

  4.计算χ2值,计算χ2值的基本公式为:

  X2=∑(A-T)2/t  (3.5)

  式中,A为实际频数,T为理论频数,∑为求和符号。

  将表3.6里的实际频数与理论频数代入式(3.5)即求得χ2值。此例χ2=4.929。

  从式3.5中可看出,实际频数与理论频数之差(A-T)愈小,所得的χ2值就愈小,理论频数是根据检验假设推算出来的,若与实际频数相差不大,说明假设与实际情况符合,于是就接受H0,认为两病死率无显著差别;反之,若(A-T)大,则χ2值亦大,说明假设与实际不符,就拒绝假设,认为两病死率有差别。但χ2值大还是小,要有一个比较的标准,要查χ2值表(附表1),查χ2值表前先要定自由度。

  5.求自由度 自由度是数学上的一个名词。在统计中,几个数据不受任何条件(如统计量,即样本特征数)的限制,几个数据就可以任意指定,称为有几个自由度。若受到P个条件限制,就只有n-p个自由度了。例如在四格表中有四个实际频数,如没有任何条件限制,则4个数字都可任意取值,有4个自由度,当a+b,,c+d,a+c,b+d都固定后,在a、b、c、d四个实际频数中,只能有一个频数可任意指定了,因此,四格表的自由度为1。其计算公式为:

  ν=(R-1)(C-1) (3.6)

  式中,ν为自由度,R为横行数,C为纵列数。

  四格表有2行和2列(注意:总计与合计栏不算在内)。因此ν=(2-1)(2-1)=1。

  6.求P值,作结论 根据自由度查χ2值表(附表1)。此表的左侧ν为自由度,表内数字χ2值,表的上端P是从同一总体中抽得此样本χ2值的概率。三者关系是:在同一自由度下,χ2值越大,从同一总体中抽得此样本的概率P值越小;在同一P值下,自由度越大,χ2值也越大。χ2值与概率P呈相反的关系。χ2检验的常用界值为:

  χ2<χ20.05()P>0.05 在α=0.05水准处接受H0,差别不显著

  χ20.05≤χ2<χ20.01()0.05≥P>0.01 在α=0.05水准处拒绝HO,接受H1,差别显著

  χ2≥χ20.01()P≤0.01 在α=0.01水准处拒绝HO,接受H1,差别显著

  这里α是预定的检验水准。χ20.05()是当自由度为ν时与P=0.05相对应的χ2 值,简称5%点,χ20.01()是与P=0.01相对应的χ2 值,简称1%点。

  当ν=1时,χ20.05(1)3.84,χ20.01(1)=6.63。本例自由度为1,求得χ2=4.929,介于3.84与6.63之间,或写成χ20.05(1)<χ2<χ20.01(1)。由于与3.84对应的纵行P=0.05,与6.63对应的纵行P=0.01,因此与样本χ2=4.929相应的概率介于0.05与0.01之间,写成0.05>P>0.01。在α=0.05水准处拒绝H0,接受H1,两总体率不等。对照组的病死率较抗凝血组高。

  在α=0.05水准处拒绝H0,说明若在同样情况下作100次判断,将有5次或不到5次的机会,将原没有差别的两总体率错判为有差别,或说这样判断犯I型错误的概率不超过5%。

  下面将实例的检验步骤集中列出。

  例3.1 两组心肌梗塞病人的病死率可见于表3.5,其中对照组未用抗凝药。抗凝血组病死率为25.33%,对照组为40.80%,问两组病死率有无显著差别?

表3.5 两组心肌梗塞病人病死率比较

组别 治疗人数 死亡人数 病死率(%)
抗凝血组 75 19 25.33
对 照 组 125 51 40.80
总 计 200 70 35.00

  检验步骤如下:

  1.将资料列成四格表形式,如表3.6。

表3.6 四格表式样

  死亡 生存 合计
抗凝血组 19(26.25) 56(48.75) 75
对照组 51(43.75) 74(81.25) 125
总 计 70 130 200

  2.H0:两疗法的总体病死率相同,即π1=π2

  H1:两疗法的总体病死率不同,即π1≠π2

  α=0.05

  3.求理论频数

  抗凝血组:

  死亡人数为75×35.0%=26.25人

  存活人数为 75-26.25=48.75人

  对照组:

  死亡人数为125×35.0%=43.75人

  存活人数为 125-43.75=81.25人

  把理论频数填入相对应的实际频数格内,见表3.6括号内数字。

  4.求χ2值 将表3.6里的数值代入式(3.5)得,

  5.求自由度,确定P值,作结论

  ν=(2-1)(2-1)=1,χ2 0.05(1)=3.84,χ2 0.01(1)=6.63,

  本例χ2 =4.929,χ2 0.05(1)<χ2 <χ2 0.01(1),则0.05>P>0.01,在α=0.05水准处拒绝H0,接受H1,即两总体病死率不等,对照组病死率较抗凝血组高。

  上例告诉我们,两个样本病死率一大一小,在未作检验之前,很难说它们两总体率是否有差别,为了作出正确判断,作X2检验。先假设两总体病死率相同,推算理论频数,由实际频数与理论频数计算χ2值,二者相差越大,χ2值也越大。本例得χ2=4.929,根据自由度为1时的χ2分布推断,从同一总体内抽样,出现χ2值等于或大于4.929的概率较小,每一百次中在5次以下,1次以上,因此检验假设被拒绝,而判断为有显著差别。

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