AB实验中最小样本量的计算

本文介绍了随机对照试验中两组均值与两组率比较的样本量计算方法,适用于医学研究领域的实验设计,确保研究有足够的统计功效。

(一)随机对照试验(两组均值)比较的样本量计算方法

(二)随机对照试验(两组率)比较的样本量计算方法

本文来自:医学论文与统计分析,摘抄用于记录。

### 影响因素 - **显著性水平(α)**:也称为第一类错误率,是指在原假设为真的情况下拒绝原假设的概率。常见的显著性水平为0.05,即有5%的概率会错误地拒绝原假设。显著性水平越低,所需的最小样本量越大[^1]。 - **统计功效(1 - β)**:β为第二类错误率,是指在原假设为假的情况下接受原假设的概率。统计功效反映了实验能够检测到真实差异的能力,常见的统计功效要求为0.8或0.9。统计功效越高,所需的最小样本量越大[^1]。 - **效应量**:表示A组和B组之间差异的大小。效应量越大,说明两组之间的差异越明显,所需的最小样本量就越小。效应量的计算方法因实验指标的不同而有所差异,例如对于均值差异,可以使用Cohen's d来衡量[^1]。 - **方差**:数据的离散程度。方差越大,说明数据越分散,为了准确检测出两组之间的差异,就需要更大的样本量。 ### 计算方法 - **均值差异检验**:当实验指标为均值时,可使用以下公式计算最小样本量: $$n = \frac{(Z_{1 - \frac{\alpha}{2}}+Z_{1 - \beta})^2\times2\sigma^2}{\delta^2}$$ 其中,$n$为每组所需的样本量,$Z_{1 - \frac{\alpha}{2}}$是对应显著性水平$\alpha$的双侧Z值,$Z_{1 - \beta}$是对应统计功效$1 - \beta$的Z值,$\sigma^2$是总体方差,$\delta$是预期的效应量(两组均值之差)。 - **比例差异检验**:当实验指标为比例时,计算公式为: $$n=\frac{(Z_{1 - \frac{\alpha}{2}}\sqrt{2p(1 - p)}+Z_{1 - \beta}\sqrt{p_1(1 - p_1)+p_2(1 - p_2)})^2}{(p_1 - p_2)^2}$$ 这里,$p_1$和$p_2$分别是A组和B组的预期比例,$p=\frac{p_1 + p_2}{2}$。 在Python中,可以使用`statsmodels`库来计算最小样本量,以下是一个简单的示例代码: ```python import statsmodels.stats.api as sms # 设定参数 alpha = 0.05 power = 0.8 effect_size = 0.2 # 计算最小样本量 sample_size = sms.NormalIndPower().solve_power(effect_size=effect_size, power=power, alpha=alpha) print(f"每组所需的最小样本量: {sample_size}") ```
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