R语言统计—配对t检验样本量计算

本文介绍了在R语言中如何计算配对t检验所需的样本量,详细解析了影响样本量的因素,如事件发生率、研究因素有效率、第一类错误概率、第二类错误概率、容许误差及单双侧检验。并通过实例展示了计算过程,得出至少需要30个样本以90%的把握检测到A指标在患者和健康者之间的显著差异。

在我们实际科学研究中,样本量是一个头疼的问题。一般而言,样本量越大,结果估计更精确,但是过大影响计划的实施,过小不能提供足够的统计效能。因此如何确定一个合适的样本量,增加研究的可靠性,得到可信的结果,这是一个重要的问题。因此,我们来讲讲在R语言中如何计算研究需要的样本量。

一、样本量的影响因素
“我的研究究竟需要多少样本量?”要回答这个问题,我们必须要知道影响样本量大小的因素有哪些。

样本的估算公式有很多,不同的统计检验方法,计算样本量的公式也不同,但一般而言影响样本量的因素有以下几种:

(1)事件的发生率:即所谓“小概率、大概率”事件,研究事件结局发生概率越大,需要的样本量越小,比如感冒;事件发生概率越小,样本量越大,比如罕见病。

(2)研究因素的有效率:效率越高,样本量越小。比如我们实验组和对照组所研究指标的差异越大,我们用较小的样本,即可达到统计学上的显著性。

(3)第一类错误的概率α:即我们统计学上平时讲的显著性。α越小,所需的样本量越大,但通常我们的α取值为0.05或者0.01。

(4)第二类错误的概率β:1-β就是我们所说的检验效能,检验效能就是在确定的α水平下,如果差异有统计学意义,我们有多大的把握能发现这种差别。所以β越小,检验效能越大,所需的样本量越大。

(5)容许误差:即要比较两者差多少我们是可以接受的。容许误差越小,需要的样本量越大。该值我们通常需要查阅资料,借鉴前人经验或者通过预实验来确定,或者取临床上有意义的差值。

(6)单双侧检验:一般而言,双侧检验需要的样本量更多。

二、配对t检验样本量的计算
2.1R语言配对t检验样本量计算
在R语言中pwr包给我们提供了一系列的样本量计

### 如何在 R 语言中执行配对样本 t 检验 #### 使用 `t.test()` 函数进行配对样本 t 检验 为了在 R 中执行配对样本 t 检验,可以利用内置的 `t.test()` 函数。此函数允许通过设置参数 `paired = TRUE` 来指定要执行的是配对样本而非独立样本 t 检验。 具体来说,当处理两个相关组的数据时,比如同一对象测量前后的数值对比,应该采用这种类型的检验方法来评估两组间的平均值是否存在显著性差异[^1]。 下面是一个具体的例子展示如何操作: ```r # 假设有一个名为 'my_data' 的数据框,其中包含两列:weight 和 group, # weight 表示体重,group 则表示不同的时间点(例如治疗前后) res <- t.test(weight ~ group, data = my_data, paired = TRUE) print(res) ``` 这段代码将会计算并打印出配对样本 t 检验的结果,其中包括统计量、自由度以及 p-value 等重要信息[^3]。 值得注意的是,配对 t 检验实际上是对每一对观察值求差后再做一次单样本 t 检验的过程;因此,在某些情况下,可以直接先计算这些差值再调用 `t.test()` 函数来进行分析[^2]。 #### 配对样本 T 检验的工作原理 配对样本 t 检验的核心在于它关注的是相同个体两次不同条件下的变化情况。这意味着对于每一个受试者而言,都会获得一组“之前”的读数和另一组对应的“之后”读数。接着,程序会对这两组读数之间的差别进行量化,并基于这些差别的分布特性来做推断统计学上的结论。
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