Statystyka od zera · Lekcja 30 z 31

Testy rangowe: gdy dane nie chcą się zachowywać (Mann-Whitney)

W jednym zdaniu: Testy rangowe porównują grupy według kolejności wartości zamiast samych wartości, więc pojedyncza skrajność ich nie przytłoczy, co czyni je bezpieczniejszym wyborem dla małych, skośnych prób.

Pomysł

Test t (lekcja 14) porównuje średnie, a średnie są wrażliwe: jedna skrajna wartość może je mocno przesunąć (lekcje 2 i 26). Test rangowy wyrzuca dokładne wartości i zostawia tylko ich kolejność: najmniejsza, druga najmniejsza i tak dalej. Wartość 95 albo 9500 dostaje tę samą rangę, jeśli jest największa. Dzięki temu testy rangowe są odporne na wartości odstające i skośne dane, kosztem odrobiny mocy, gdy dane są grzeczne.

Najczęstszy dla dwóch grup to test U Manna-Whitneya (zwany też testem sumy rang Wilcoxona).

Pizzowy wyścig

Stoper wujka Janusza wraca. Tym razem zmierzył po siedem dostaw z dwóch pizzerii w mieście. Roma: 21, 22, 24, 25, 26, 27 i 95 minut (95 to zły adres i pies). Napoli: 29, 30, 31, 32, 34, 35 i 36 minut.

„Roma ma średnio 34 minuty, Napoli 32”, mówi Janusz. „Napoli jest szybsze”. Ciocia Grażyna mówi, że Roma była szybsza w sześć z siedmiu wieczorów.

Kuzyn Seba robi test t dla obu grup: t = 0,18, p = 0,86. Pozornie żadnej różnicy. Ale spójrz jeszcze raz na liczby: każda dostawa z Romy oprócz jednej pobiła każdą dostawę z Napoli. Test t daje się nabrać na jedno 95, które zawyża i średnią Romy, i jej rozrzut.

Czasy dostawy w minutach, po siedem zamówień z każdej pizzerii

Roma
Zamówienie 121
Zamówienie 222
Zamówienie 324
Zamówienie 425
Zamówienie 526
Zamówienie 627
Zamówienie 795
Napoli
Zamówienie 129
Zamówienie 230
Zamówienie 331
Zamówienie 432
Zamówienie 534
Zamówienie 635
Zamówienie 736
Jedna 95-minutowa dostawa podnosi średnią Romy powyżej Napoli, choć Roma była szybsza w 42 z 49 par.

Jak widzi to test rangowy

Test rangowy mówi więc z rozsądną pewnością, że Roma bywa szybsza, a test t nie powiedział nic. Żaden nie jest „błędny”; zadają różne pytania. Test t pyta o średnie, a średnią Romy naprawdę podciąga jedna katastrofa. Test rangowy pyta, czy losowa dostawa z Romy zwykle bije losową dostawę z Napoli, co jest bliższe temu, co Janusz naprawdę chce wiedzieć.

Żeby zobaczyć, jak wiele znaczyła ta jedna wartość: zamień 95 na 28, a test t też stanie się wyraźnie istotny (t = -5,55, p poniżej 0,001).

Co naprawdę sprawdza test Manna-Whitneya

Często opisuje się go jako „test median”, ale ściśle mówiąc sprawdza, czy wartości z jednej grupy zwykle są większe od wartości z drugiej: szansę, że losowa wartość z grupy A pobije losową wartość z grupy B. Gdy obie grupy mają podobny kształt, to to samo co porównanie median. Gdy kształty mocno się różnią, podawaj raczej „szansę wygranej”.

Kiedy używać testu rangowego

Istnieją rangowe wersje innych testów: test znaków rang Wilcoxona dla danych sparowanych (rangowy krewny sparowanego testu t) i test Kruskala-Wallisa dla trzech i więcej grup (rangowy krewny ANOVA, lekcja 21).

Spróbuj sam

Dwie grupy po pięciu klientów oceniają nowe menu od 1 (okropne) do 5 (świetne). Grupa A: 2, 3, 3, 4, 5. Grupa B: 1, 1, 2, 2, 3.

1. Dlaczego test rangowy może być tu lepszy niż test t? 2. Policz pary: w ilu z 25 par A kontra B ocena A jest wyższa? (Remis licz jako połowę).

Pokaż odpowiedź

1. Oceny to kategorie uporządkowane, a nie pomiary: krok od 1 do 2 nie musi równać się krokowi od 4 do 5. Przy zaledwie pięciu osobach w grupie założenia testu t są chwiejne. Test rangowy korzysta tylko z kolejności.

2. Dwójka z A bije dwie jedynki i remisuje z dwiema dwójkami: 2 + 1 = 3. Każda trójka bije cztery i remisuje z jedną: po 4,5, razem 9. Czwórka i piątka biją wszystkie pięć: 10. Razem 3 + 9 + 10 = 22 z 25. Losowy klient z A ocenia menu wyżej niż losowy klient z B w około 88% przypadków.

Słowa, których używa wykładowca

Wy­kła­dow­ca mówiTo znaczy
Test nie­pa­ra­me­trycz­nyTest, który nie zakłada kon­kret­ne­go kształ­tu danych, na przy­kład krzywej dzwo­no­wej
RangaMiejsce war­to­ści po po­sor­to­wa­niu wszyst­kich war­to­ści
Test U Manna-Whit­neya (suma rang Wil­co­xo­na)Test rangowy dla dwóch nie­za­leż­nych grup
Sta­ty­sty­ka ULiczba par wy­gra­nych przez jedną grupę (zwykle podaje się mniej­szą)
Test znaków rang Wil­co­xo­naTest rangowy dla danych spa­ro­wa­nych, na przy­kład przed i po
Test Kru­ska­la-WallisaTest rangowy dla trzech i więcej grup
OdpornyNie­wie­le wy­trą­ca­ny przez war­to­ści od­sta­ją­ce i sko­śność
Rangi wiązaneRówne war­to­ści, które dzielą średnią swoich rang

Trzy rzeczy do zapamiętania

Część kursu Statystyka od zera, darmowego kursu dla początkujących od WrongStat. Nie zastąpi wykładowcy, ale mamy nadzieję, że będzie dobrym tłumaczem.