Shapiro-Wilk検定でHolmの修正をする目的

 3群以上の差の検定で,通常の2群比較検定を適用すると,{群の数×(群の数-1)}/2回,検定を繰り返します.ゆえに,多重比較が発生します.これに対して,Tukey法を代表とした多重比較法が考案され,活用されています.
 それでは,3変数以上の差の検定を行いたいときはどうするかです.術前の血圧データ,術後1時間の血圧データ,術後半日の血圧データに対して,2変数間で差を検定したいときは,対応のあるt検定やWilcoxon検定を適用させますが,これでは多重比較の問題が発生します.しかし,対応のある変数間の差に対する多重比較法は存在しません.例えばTukey法は使えないのです.
 同様に,他の検定を行う際に,いわゆる多重検定の問題があるとすれば,Tukey法のようなものは存在しませんので,通常の検定を行って(そこで終われば多重検定の問題),その後にp値を修正する方法が必要となってきます.

Bonferroniの修正

 非常に多用されているp値の修正法です.2つの変数なりの検定を行ってp値が出力されたとき,多重検定の問題があるならば,そのp値を修正するのです.Bonferroniの修正を始めとした,以下で述べる修正法は,あらゆる検定に適用できます(2標本の差の検定でも良い).以降では,差の検定を例に挙げて説明します.
 術前の血圧データ,術後1時間の血圧データ,術後半日の血圧データの差を知りたいとします.術前の血圧と術後1時間の血圧の差について対応のあるt検定を行ったら,p=0.009だったとします.
 術前の血圧と術後半日の血圧の差はp=0.01,術前の血圧と術後半日の血圧の差は,p=0.03でした.
<対応のあるt検定の結果>
1.術前の血圧と術後1時間の血圧の差 p=0.009 →p<0.01で有意差あり
2.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.01 →p<0.05で有意差あり
3.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.03 →p<0.05で有意差あり
 
 この時点では,全ての期間で有意差ありです.しかし,このままだと多重比較が発生しているのです.
 そこで強引ですが,「多重比較によって,これらのp値が低く出ているなら,p値に検定した数を掛けて修正してやろう.それでもp<0.05なら有意差ありと判断しよう」というわけです.うえで検定した数は3です.
<対応のあるt検定の結果をBonferroniの修正>
1.術前の血圧と術後1時間の血圧の差 p=0.009×3=0.027 →p<0.05で有意差あり
2.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.01×3=0.03  →p<0.05で有意差あり
3.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.03×3=0.09 →有意差なし
これで終了です.なぜp値に検定した数=3を掛けるかの理由はともかく,大雑把な方法であることは間違いありません.群数が多くなると掛ける数も大きくなり,pはどんどん上がっていきます.つまり,有意差がでなくなっていきます(これを保守的といいます).

Holmの修正

 Holmの修正はBonferroniの修正の改良版です.改良版なので,「有意差が出にくくなる」欠点を補っています.Bonferroniの修正は,とにかく検定数を掛けるという強引な方法でp値を上げ,それが問題視されていました.まずは計算方法を,説明します.
 @最初に,対応のあるt検定の結果でp値の小さい順に並べます.
 A最も小さいp値に検定数を掛けます.これはBonferroniの修正と同一
 B-1 最も小さいp値に検定数を掛けて,それがp<0.05なら,次の小さいp値を見ます.
 B-2 最も小さいp値に検定数を掛けて,それが0.05以上なら残り全て同じp値として有意差なしです.
 C-1 次に小さいp値に検定数-1を掛けて,それがp<0.05なら,3番目の小さいp値を見ます.
 C-2 次に小さいp値に検定数-1を掛けて,それが0.05以上なら残り全て同じp値として有意差なし.
 …と,これを最後まで繰り返します.
<対応のあるt検定の結果をHolmの修正>
1.術前の血圧と術後1時間の血圧の差 p=0.009×3=0.027 →p<0.05で有意差ありなので次へ
2.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.01×2=0.02  →p<0.05で有意差ありなので次へ
3.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.03×1=0.03 →p<0.05で有意差あり,終了.
 
 以上のように,掛ける検定数を減らしていくので,p値を必要以上に抑制しなくなります
 なぜ,こんなことをするのかは,比較的単純で,A,B,C群の母平均をμA,μB,μCとすると,
帰無仮説族{μA=μB,μA=μC,μB=μC}
を考えます.帰無仮説が3つあります(だから3回検定を行います).
もし,μA≠μBだとすれば(上述のB-1),残りは帰無仮説族{μA=μC,μB=μC}の2個だけになるのでp値に2を掛けます(上述のC-1).というふうに,繰り返していくだけです.
 実際には,Rコマンダーが計算するので,理論・計算法は知らなくても問題ありません

Shafferの修正

 Shafferの修正は,Holmの修正よりも更に合理的で,適切な修正法です.
 詳しくは,解説しませんが,基本的なものとして,以下のように計算します.
 @最初に,対応のあるt検定の結果でp値の小さい順に並べます.
 A最も小さいp値に検定数を掛けます.これはBonferroniの修正と同一
 B-1 最も小さいp値にmを掛けて,それがp<0.05なら,次の小さいp値を見ます.
 B-2 最も小さいp値にmを掛けて,それが0.05以上なら残り全て同じp値として有意差なしです.
 …と,これを繰り返します.
以下の例では,m=1として計算します.
<対応のあるt検定の結果をShafferの修正>
1.術前の血圧と術後1時間の血圧の差 p=0.009×3=0.027 →p<0.05で有意差ありなので次へ
2.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.01×1=0.01  →p<0.05で有意差ありなので次へ
3.術前の血圧と術後半日の血圧の差  p=0.03×1=0.03 →p<0.05で有意差あり,終了.
 かなりp値の引き上げを抑制出来ています.ところでmというのは,何なのか?です.
 これは,群の数によって異なります

 Holmの修正と同様に,A,B,C群の母平均をμA,μB,μCとすると,
帰無仮説族{μA=μB,μA=μC,μB=μC}
を考えます.帰無仮説が3つあります(だから3回検定を行います).
もし,μA≠μBだとすれば(上述のB-1),Holmの修正では,残り帰無仮説族{μA=μC,μB=μC}の2個だけになるのですが,μA≠μBであればμA=μC,μB=μCの2つは成立しません.μA≠μBであればμCがμAと等しい,かつμCがμBと等しいとは考えられません.どちらか1つだけです.そう考えると,最初は,何もわからないので{μA=μB,μA=μC,μB=μC}の3つが成り立つ可能性はあるものの,どこか1つの組み合わせに有意差があるとわかれば,残りは1つだけです.そのために,m=1としました.
 これは3群の差の検定なので,わかりやすいですが,4群以上になると複雑になってきます.Shafferの修正は,この後も様々な改良版が考案されています.
 いまのところ,Rのパッケージとしては配布されていませんので,改変Rコマンダーでも多くの検定はHolmの修正で修正します.ただし,反復測定による分散分析,分割プロットの分散分析では,anovakunという関数を使用していますので,計算可能となっています.

その他の修正法

 その他にも,p値を修正する方法はたくさんありますどれを用いても間違いとは言えません.ただし,一般的に出回っている,ボンフェローニの不等式に基づく方法(Bonferroni,Holm,Shaffer)を用いるのが妥当です.それは,他者の報告と比較する際に,できるだけ同じ基準で有意性を判断する方が自然だからです.仮に全く同じデータを解析しても,手法によって微妙に結果が異なるものです.それでは,整合性が成立しません.ある学会ではTukey法を当たり前のように使っていたとして(これが正しいかは別です),私はホランドコペンハーバー法を使って有意差あり,といっても整合性がありません(もちろん,その方法が適切である理論的根拠が明確であればよいですが).
 そうした意味では,何が何でも統計解析は常に新しいものを活用すべき,とはいい切れない面もあります.

Shapiro-Wilk検定でHolmの修正は必要か?

  それでは,シャピロウイルク検定のときに,Holmの修正は必要か,否かです.
 結論としては,どちらも何とも言えない現状です
 身長,体重,年齢のデータに対して,相関係数を見るために,シャピロウイルク検定を適用します.
 常識的に,身長,体重,年齢のデータの母集団が同一とは考えられません.cm,kg,歳という単位のデータは同一でしょうか?
 しかし,A,B,C群の年齢に対して,シャピロウイルク検定を行い,差の検定や相関を求めるとき,多くのケースで多重性が発生します(そもそも群間の年代が違うのであれば別です).
 従って,Holmの修正を行うか否かは,使い分ける必要があり,その必要性は解析する人の考えで決まります.

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