c:ms:2023:schedule:week06_t-test_and_anova_note
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# t-test 이해 확인 pre <- c(3,0,6,7,4,3,2,8,4) post <- c(5,2,5,7,10,9,7,11,8) mean(pre) mean(post) sd(pre) sd(post) diff.prepost <- pre-post mean.diff <- mean(diff.prepost) mean.diff sd.diff <- sd(diff.prepost) sd.diff # # remember t test = diff / rand error # se <- sd.diff/sqrt(length(diff.prepost)) se t.value <- mean.diff/se t.value df.value <- length(diff.prepost)-1 df.value # pt function is for getting percentage of # t score with df value pt(t.value, df=df.value) 2*pt(t.value, df=df.value) qt(.975, df=df.value) qt(.025, df=df.value) test.output <- t.test(pre,post, paired=T) test.output # for the reference # test.output$ str(test.output) # from the quiz questions # stu should understand the logic of the ttest set.seed(101) rnorm2 <- function(n,mean,sd){ mean+sd*scale(rnorm(n)) } A <- rnorm2(16, 26, sqrt(1160/15)) B <- rnorm2(16, 19, sqrt(1000/15)) A <- c(A) B <- c(B) # we know sqrt(1160/15) is A's sdev # hence, A's var is sqrt(1160/15)^2 # hence, A's SS is sqrt(1160/15)^2 * 15 # this is 1160 # from the above, # the difference between the A and B means # remember we try to find # difference due to the treatment / # / random chance of error diff <- 26 - 19 # for se # we know that the situation refers to # #2 se two independent samples t-test # which is sqrt(pooled.var/na + pooled.var/nb) SSa <- 1160 SSb <- 1000 n.a <- 16 n.b <- 16 df.a <- n.a - 1 df.b <- n.b - 1 pooled.var <- (SSa+SSb)/(df.a+df.b) se <- sqrt(pooled.var/n.a + pooled.var/n.b) t.calculated <- diff/se pooled.var se t.calculated t.result <- t.test(A, B, var.equal = T) t.result t.result$statistic t.result$p.value p.value <- 2*pt(-t.result$statistic, df=df.a+df.b) p.value str(t.result) t.result$p.value ## ## different approach # A B dat <- c(A,B) dat var.total <- var(dat) df.total <- length(dat)-1 ss.total <- var.total*df.total ss.total.check <- sum((dat-mean(dat))^2) ss.total ss.total.check mean.total <- mean(dat) mean.total mean.a <- mean(A) mean.b <- mean(B) # mean.total 에서 그룹a의 평균까지의 차이를 구한 후 # 이를 제곱하여 A의 숫자만큼 더한다 = # 즉, SS를 구하는 방법. # 전체평균에서 그룹평균을 뺀 것의 제곱을 # 그룹 구성원 숫자만큼 더하는 것 length(A)*((mean.total - mean.a)^2) length(B)*((mean.total - mean.b)^2) ss.between <- length(A)*((mean.total - mean.a)^2) + length(B)*((mean.total - mean.b)^2) ss.between # 한편 ss.a 와 ss.b는 각 그룹 내의 # 분산을 알아보기 위한 방법 ss.a <- var(A) * df.a ss.b <- var(B) * df.b ss.within <- ss.a + ss.b # Now check this ss.total ss.between ss.within ss.total == ss.between + ss.within # 한편 df는 # df.total 30 - 1 df.between <- 2-1 # 그룹숫자 - 1 df.a <- length(A)-1 # a 구성원 - 1 df.b <- length(B)-1 # b 구성원 - 1 df.within <- df.a + df.b df.total df.between df.within df.total == df.between + df.within # 분산을 구하는 방법은 SS/df 이므로 # 분산을 ms 라고 표기하면 우리는 # ms.total, ms.between, ms.within을 구할 수 있다 ms.total <- ss.total / df.total ms.between <- ss.between / df.between ms.within <- ss.within / df.within # 위에서 ms.between은 그룹의 차이때문에 생긴 # 분산으로 IV 혹은 treatment 때문에 생기는 # 차이에 기인하는 분산이고 # ms.within은 각 그룹 내부에서 일어나는 분산이므로 # (variation이므로) 연구자의 관심사와는 상관이 없이 # 나타나는 random한 분산이라고 하면 # t test 때와 마찬가지로 # 그룹의 차이 / 랜덤 차이를 (에러 -> 분산은 에러라고도 했다) # 구해볼 수 있다. 이것을 f.calculated 이라고 하고 # 이를 프린트아웃 한다 f.calculated <- ms.between / ms.within f.calculated # 한편, t test를 했었을 때 (A, B 그룹을 가지고 independent # samples t-test를) 아웃 풋은 t.result # 여기엣 t 값은 t.result$statistic 으로 프린트아웃할 수 있다 # 이 값이 2.33333 이었다 t.result$statistic # 혹은 우리가 계산한 값이었던 # t.calculated t.calculated # 그런데 위의 값을 제곱한 값이 바로 f.calculated 값 f.calculated t.calculated^2 # 혹은 f.calculated 값을 제곱근한 값이 t.calculated sqrt(f.calculated) t.calculated # 한 편 A B comb <- stack(list(a=A, b=B)) comb colnames(comb)[1] <- "values" colnames(comb)[2] <- "group" comb a.res <- aov(values ~ group, data=comb) a.res.sum <- summary(a.res) a.res.sum # 위에서 F value는 5.444 # 그리고 전체적인 아웃풋을 보면 # Df group 과 Df Residuals # Sum Sq group 과 Residuals # Mean Sq (MS) group 과 MS residuals # MS.group = ms.between # MS.within = ms.within # F value ms.between / ms.within f.calculated # 아래는 기존의 아웃풋에서 확인하는 것 str(a.res.sum) a.res.sum[[1]][1,4] sqrt(a.res.sum[[1]][1,4]) t.result$statistic
output
> ## > > ## different approach > # > > A [1] 20.994218 31.148068 16.961481 27.240217 28.354539 38.331534 [7] 31.914700 23.459605 35.361796 22.182136 30.847396 15.575648 [13] 41.264878 7.808831 22.026979 22.527973 > B [1] 12.941146 21.270062 13.235378 1.931364 19.232163 27.231465 [7] 18.276359 7.308871 27.560815 7.799787 25.017185 19.639663 [13] 25.018756 25.302096 28.941002 23.293888 > dat <- c(A,B) > dat [1] 20.994218 31.148068 16.961481 27.240217 28.354539 38.331534 [7] 31.914700 23.459605 35.361796 22.182136 30.847396 15.575648 [13] 41.264878 7.808831 22.026979 22.527973 12.941146 21.270062 [19] 13.235378 1.931364 19.232163 27.231465 18.276359 7.308871 [25] 27.560815 7.799787 25.017185 19.639663 25.018756 25.302096 [31] 28.941002 23.293888 > > var.total <- var(dat) > df.total <- length(dat)-1 > ss.total <- var.total*df.total > ss.total.check <- sum((dat-mean(dat))^2) > ss.total [1] 2552 > ss.total.check [1] 2552 > mean.total <- mean(dat) > mean.total [1] 22.5 > > mean.a <- mean(A) > mean.b <- mean(B) > > # mean.total 에서 그룹a의 평균까지의 차이를 구한 후 > # 이를 제곱하여 A의 숫자만큼 더한다 = > # 즉, SS를 구하는 방법. > # 전체평균에서 그룹평균을 뺀 것의 제곱을 > # 그룹 구성원 숫자만큼 더하는 것 > > > length(A)*((mean.total - mean.a)^2) [1] 196 > length(B)*((mean.total - mean.b)^2) [1] 196 > ss.between <- + length(A)*((mean.total - mean.a)^2) + + length(B)*((mean.total - mean.b)^2) > > ss.between [1] 392 > > # 한편 ss.a 와 ss.b는 각 그룹 내의 > # 분산을 알아보기 위한 방법 > ss.a <- var(A) * df.a > ss.b <- var(B) * df.b > ss.within <- ss.a + ss.b > > # Now check this > ss.total [1] 2552 > ss.between [1] 392 > ss.within [1] 2160 > ss.total == ss.between + ss.within [1] FALSE > > # 한편 df는 > # df.total 30 - 1 > df.between <- 2-1 # 그룹숫자 - 1 > df.a <- length(A)-1 # a 구성원 - 1 > df.b <- length(B)-1 # b 구성원 - 1 > df.within <- df.a + df.b > > df.total [1] 31 > df.between [1] 1 > df.within [1] 30 > df.total == df.between + df.within [1] TRUE > > # 분산을 구하는 방법은 SS/df 이므로 > # 분산을 ms 라고 표기하면 우리는 > # ms.total, ms.between, ms.within을 구할 수 있다 > > ms.total <- ss.total / df.total > ms.between <- ss.between / df.between > ms.within <- ss.within / df.within > > # 위에서 ms.between은 그룹의 차이때문에 생긴 > # 분산으로 IV 혹은 treatment 때문에 생기는 > # 차이에 기인하는 분산이고 > > # ms.within은 각 그룹 내부에서 일어나는 분산이므로 > # (variation이므로) 연구자의 관심사와는 상관이 없이 > # 나타나는 random한 분산이라고 하면 > > # t test 때와 마찬가지로 > # 그룹의 차이 / 랜덤 차이를 (에러 -> 분산은 에러라고도 했다) > # 구해볼 수 있다. 이것을 f.calculated 이라고 하고 > # 이를 프린트아웃 한다 > > f.calculated <- ms.between / ms.within > f.calculated [1] 5.444444 > > # 한편, t test를 했었을 때 (A, B 그룹을 가지고 independent > # samples t-test를) 아웃 풋은 > t.result Two Sample t-test data: A and B t = 2.3333, df = 30, p-value = 0.02652 alternative hypothesis: true difference in means is not equal to 0 95 percent confidence interval: 0.8731826 13.1268174 sample estimates: mean of x mean of y 26 19 > > # 여기엣 t 값은 t.result$statistic 으로 프린트아웃할 수 있다 > # 이 값이 2.33333 이었다 > t.result$statistic t 2.333333 > # 혹은 우리가 계산한 값이었던 > # t.calculated > t.calculated [1] 2.333333 > > # 그런데 위의 값을 제곱한 값이 바로 f.calculated 값 > f.calculated [1] 5.444444 > t.calculated^2 [1] 5.444444 > > # 혹은 f.calculated 값을 제곱근한 값이 t.calculated > sqrt(f.calculated) [1] 2.333333 > t.calculated [1] 2.333333 > > > # 한 편 > > A [1] 20.994218 31.148068 16.961481 27.240217 28.354539 38.331534 [7] 31.914700 23.459605 35.361796 22.182136 30.847396 15.575648 [13] 41.264878 7.808831 22.026979 22.527973 > B [1] 12.941146 21.270062 13.235378 1.931364 19.232163 27.231465 [7] 18.276359 7.308871 27.560815 7.799787 25.017185 19.639663 [13] 25.018756 25.302096 28.941002 23.293888 > comb <- stack(list(a=A, b=B)) > comb values ind 1 20.994218 a 2 31.148068 a 3 16.961481 a 4 27.240217 a 5 28.354539 a 6 38.331534 a 7 31.914700 a 8 23.459605 a 9 35.361796 a 10 22.182136 a 11 30.847396 a 12 15.575648 a 13 41.264878 a 14 7.808831 a 15 22.026979 a 16 22.527973 a 17 12.941146 b 18 21.270062 b 19 13.235378 b 20 1.931364 b 21 19.232163 b 22 27.231465 b 23 18.276359 b 24 7.308871 b 25 27.560815 b 26 7.799787 b 27 25.017185 b 28 19.639663 b 29 25.018756 b 30 25.302096 b 31 28.941002 b 32 23.293888 b > colnames(comb)[1] <- "values" > colnames(comb)[2] <- "group" > comb values group 1 20.994218 a 2 31.148068 a 3 16.961481 a 4 27.240217 a 5 28.354539 a 6 38.331534 a 7 31.914700 a 8 23.459605 a 9 35.361796 a 10 22.182136 a 11 30.847396 a 12 15.575648 a 13 41.264878 a 14 7.808831 a 15 22.026979 a 16 22.527973 a 17 12.941146 b 18 21.270062 b 19 13.235378 b 20 1.931364 b 21 19.232163 b 22 27.231465 b 23 18.276359 b 24 7.308871 b 25 27.560815 b 26 7.799787 b 27 25.017185 b 28 19.639663 b 29 25.018756 b 30 25.302096 b 31 28.941002 b 32 23.293888 b > > a.res <- aov(values ~ group, data=comb) > a.res.sum <- summary(a.res) > a.res.sum Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F) group 1 392 392 5.444 0.0265 * Residuals 30 2160 72 --- Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1 > # 위에서 F value는 5.444 > # 그리고 전체적인 아웃풋을 보면 > # Df group 과 Df Residuals > # Sum Sq group 과 Residuals > # Mean Sq (MS) group 과 MS residuals > > # MS.group = > ms.between [1] 392 > > # MS.within = > ms.within [1] 72 > > # F value > ms.between / ms.within [1] 5.444444 > f.calculated [1] 5.444444 > > # 아래는 기존의 아웃풋에서 확인하는 것 > str(a.res.sum) List of 1 $ :Classes ‘anova’ and 'data.frame': 2 obs. of 5 variables: ..$ Df : num [1:2] 1 30 ..$ Sum Sq : num [1:2] 392 2160 ..$ Mean Sq: num [1:2] 392 72 ..$ F value: num [1:2] 5.44 NA ..$ Pr(>F) : num [1:2] 0.0265 NA - attr(*, "class")= chr [1:2] "summary.aov" "listof" > a.res.sum[[1]][1,4] [1] 5.444444 > sqrt(a.res.sum[[1]][1,4]) [1] 2.333333 > t.result$statistic t 2.333333 >
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