理学療法士がまとめたノート

統計学備忘録(R言語のメモ)

since2016 ときどきTEXのメモ

ノンパラメトリック 相関係数

     [,1] [,2] [,3]
[1,]   27   14    5
[2,]   10   17   26
[3,]    5   12   50

上記の分割表から行の順序スコアと列の順序スコアを算出してデータセットを作成します

#RANK 
xr1 <- c(rep(23.5,46),rep(73,53),rep(133,67))
xc1 <- c(rep(21.5,27),rep(64,14),rep(125,5),rep(21.5,10),rep(64,17),
         rep(125,26),rep(21.5,5),rep(64,12),rep(125,50))

データのイメージ

xr1_xc1 <- data.frame(xr1, xc1)

相関係数を求めます

cor_r_p <- cor.test(xr1,xc1,method = "pearson") #ピアソン
cor_r_s <- cor.test(xr1,xc1,method = "spearman") #スピアマン

上記の分割表から表スコアを0,1,2としてデータセットを作成します

#TABLE 
xr2 <- c(rep(0,46),rep(1,53),rep(2,67))
xc2 <- c(rep(0,27),rep(1,14),rep(2,5),rep(0,10),rep(1,17),
         rep(2,26),rep(0,5),rep(1,12),rep(2,50))

データセットにイメージ

xr2_xc2 <- data.frame(xr2, xc2)

表スコアから相関係数を求めます

cor_t_p <- cor.test(xr2,xc2,method = "pearson") #ピアソン
cor_t_s <- cor.test(xr2,xc2,method = "spearman") #スピアマン

Rstudioの小ネタ (パッケージやファイルの保存方法)

Rstudioを閉じても、PC再起動してもファイルの読み込みやインストールしたパッケージは残せます (ただしパッケージは休んでいますので、起動するときにはlibraryで起こしましょう)

データ処理する前に必ず行う作業は以下の通りです
まずRstudioを起動させた状態で・・・
FileメニュからNewProject → NewProject → NewProjectと進んでいきます
Projectの名前を適当に書いてください(例:test001)、次に場所をしてしてください(as you like).

以下のように一つのフォルダの中に「---.Rhistory」と「---.Rproj」が入ってたら OK
データファイルも同じフォルダに収納します
f:id:yoshida931:20180604094238p:plain

次回から「---.Rproj」をダブルクリックしてRstudioを起動させてください
前回までに取り込んだデータは右上に表示され、そのまま使用可能です.
また右下に同じフォルダにあるデータファイルが表示されます.ここから直接データを取り込むこともできます.
またインストールしたパッケージも記憶されていますので、library( )で起動させるだけで使用できます.
f:id:yoshida931:20180604094641p:plain

変数の呼称について(目的変数と説明変数)

それぞれの研究界のご意見はあると思うのですが・・・
ややこしや

目的変数 Yは以下のように呼ばれています

目的変数 objective variable
応答変数 response variable 反応変数 reaction variable(response variable ) 結果変数 outcome variable
従属変数 dependent variable
基準変数 criterion variable
外的基準 external criterion
被説明変数 explained variable

説明変数 Xは以下のように呼ばれています

説明変数 explanatory variable
予測変数 predictor variable
独立変数 independent variable

パターンとしては

「目的変数&説明変数」
「従属変数&独立変数」
「被説明変数&説明変数」

個人的には…
応答変数&説明変数が理解しやすいかな?

2変量の正規分布をグラフでイメージ(persp)

また、ここで勉強させていただきました.
http://cse.naro.affrc.go.jp/minaka/R/R-binormal.html
忘れないように要点のみ転記させていただます.まさに備忘録.

今回はRの関数perspを使用して、密度関数の数式から3Dのグラフを描いてみます
確率変数x1、x2が正規分布に従い、無相関であることを仮定して進めていきます.

x1 <- seq(-3, 3, length=50)      # -3~3の範囲を50分割

head(x1)  #先頭部分だけ確認してみます
[1] -3.000000 -2.877551 -2.755102 -2.632653 -2.510204 -2.387755

x2 <- x1  

これで変数の設定は完了です.次に、分散1共分散0のマトリックスを作成します.

sigma.zero <- matrix(c(1,0,0,1), ncol=2)

     [,1] [,2]
[1,]    1    0
[2,]    0    1

Rの関数functionにx1、x2の同時確率密度を定義します. 上記sigma.zeroを分散共分散行列とする密度関数です  

f <- function(x1,x2) { dmvnorm(matrix(c(x1,x2), ncol=2), mean=c(0,0), sigma=sigma.zero) }

#6ポイントのみ確認してみます
f(-3,-3);f(0,0);f(3,3)
[1] 1.964128e-05
[1] 0.1591549
[1] 1.964128e-05

f(-1,-1);f(0,0);f(1,1)
[1] 0.05854983
[1] 0.1591549
[1] 0.05854983

関数outerを使用して、(x2,x2)であらわされる座標に対しFUN(f <- function(x1,x2))を適用します.
つまり、(x2,x2)に該当する値(f)が定まることになり3次元の描画を可能にします.

z <- outer(x1, x2, f)  
#50×50=2500個のデータが生成されました(length(z)で確認)
#10個だけ見てみましょう
z[1:10]
 [1] 1.964128e-05 2.814820e-05 3.973927e-05 5.526846e-05
 [5] 7.572219e-05 1.022015e-04 1.358875e-04 1.779878e-04
 [9] 2.296621e-04 2.919285e-04

http://cse.naro.affrc.go.jp/minaka/R/R-binormal.html に書かれあります,
z の欠損値の置換は省略しております.
色塗りはRのヘルプ persp {graphics} をそのまま使用しました.

nrz <- nrow(z)
ncz <- ncol(z)
# Create a function interpolating colors in the range of specified colors
jet.colors <- colorRampPalette( c("blue", "green") )
# Generate the desired number of colors from this palette
nbcol <- 100
color <- jet.colors(nbcol)
# Compute the z-value at the facet centres
zfacet <- z[-1, -1] + z[-1, -ncz] + z[-nrz, -1] + z[-nrz, -ncz]
# Recode facet z-values into color indices
facetcol <- cut(zfacet, nbcol)
persp(x1, x2, z, col = color[facetcol], phi = 30, theta = -30)
f:id:yoshida931:20180512100244p:plain:w500

2変量の正規分布をグラフでイメージ(scatterplot3d)

ここで勉強させていただきました.
http://cse.naro.affrc.go.jp/minaka/R/R-binormal.html
忘れないように要点のみ転記させていただます.

必要なパッケージをインストールします

install.packages("mvtnorm")
library(mvtnorm)
install.packages("scatterplot3d")
library(scatterplot3d)

パッケージmvtnormは以下を参照
yoshida931.hatenablog.com

次に散布図を描きます

#共分散が0なので2変数には相関がありません
sigma.zero <- matrix(c(1,0,0,1), ncol=2)

     [,1] [,2]
[1,]    1    0
[2,]    0    1

#ともに平均=0,共分散=0となる2変数(乱数)を3組生成(n=100, n=1000, n=10000)
x100 <- rmvnorm(n=100, mean=c(0,0), sigma=sigma.zero)  
x1000 <- rmvnorm(n=1000, mean=c(0,0), sigma=sigma.zero)  
x10000 <- rmvnorm(n=10000, mean=c(0,0), sigma=sigma.zero)  

#3組並べて散布図
par(mfrow = c(1,3))
plot(x100)  
plot(x1000) 
plot(x10000)  

f:id:yoshida931:20180511164429p:plain:w500
確かに共分散はゼロです.

3Dで2変量の正規分布の同時確率密度関数を描いてみましょう

par(mfrow = c(1,3))
scatterplot3d(x100[,1], x100[,2], dmvnorm(x100, mean=c(0,0), sigma=sigma.zero), highlight=TRUE)
scatterplot3d(x1000[,1], x1000[,2], dmvnorm(x1000, mean=c(0,0), sigma=sigma.zero), highlight=TRUE)
scatterplot3d(x10000[,1], x10000[,2], dmvnorm(x10000, mean=c(0,0), sigma=sigma.zero), highlight=TRUE)

f:id:yoshida931:20180511165033p:plain:w600

逆関数のグラフ

Y=2x-2逆関数Y=\frac{x+2}{2}

y <- function(x){
  x
}

y1 <- function(x){
  2*x-2
}

y2 <- function(x){
  (x+2)/2
}

plot(y,xlim = c(-2,4),ylim=c(-2,4),col=2,ann=FALSE, axes=FALSE) #ann軸ラベル axes軸
par(new=T)
plot(y1,xlim = c(-2,4),ylim=c(-2,4),ann=FALSE, axes=FALSE)
par(new=T)
plot(y2,xlim = c(-2,4),ylim=c(-2,4),ann=FALSE, axes=FALSE)
axis(1, pos = 0, at = -2:4)  #軸挿入 
axis(2, pos = 0, at = -2:4)   

f:id:yoshida931:20180424121349p:plain:w500

Y=10^{x}逆関数Y=\log _{10} x

y <- function(x){
  x
}

y1 <- function(x){
  10^x
}

y2 <- function(x){
  log10(x)
}

plot(y,xlim = c(-2,4),ylim=c(-2,4),col=2,ann=FALSE, axes=FALSE) #ann軸ラベル axes軸
par(new=T)
plot(y1,xlim = c(-2,4),ylim=c(-2,4),ann=FALSE, axes=FALSE)
par(new=T)
plot(y2,xlim = c(-2,4),ylim=c(-2,4),ann=FALSE, axes=FALSE)
axis(1, pos = 0, at = -2:4)  #軸挿入 
axis(2, pos = 0, at = -2:4)   

f:id:yoshida931:20180424123304p:plain:w500