Thống kê cơ bản - So sánh nhiều trung bình - Phân tích phương sai

SO SÁNH NHIỀU TRUNG BÌNH - PHÂN TÍCH PHƯƠNG SAI Mục tiêu Sau khi nghiên cứu chủ đề học viên có khả năng: - Nhận thức được ý nghĩa của phương pháp phân tích phương sai trong so sánh nhiều số trung bình. - Xây dựng bảng phân tích phương sai từ số liệu định lượng của 3 hay nhiều hơn các nhóm - Trình bày được các khái niệm: phân tích phương sai một chiều, với hai chiều, ba chiều; quy hoạch có lập và không có lặp, quy hoặch cân đối và không cân đối. - So sánh được yếu tố tác động ngẫu nhiên và yếu tố tác động cố định. 1. Giới thiệu Thường có những tập hợp số liệu phức tạp chứa hơn hai nhóm và trong phân tích thường phải so sánh những trung bình của các nhóm thành phần. Thí dụ, người ta có thể muốn phân tích các số đo hemoglobin được thu thập trên một cuộc điều tra cộng đồng để xem nó có khác nhau theo tuổi và giới tính hay không và xem có phải là sự khác biệt giữa các nhóm tuổi là như nhau dù là nam hay nữ. Thoạt đầu, dường như có thể làm điều này bằng cách dùng một loạt các kiểm định t, so sánh từng 2 nhóm một. Ðiều này không chỉ rắc rối về mặt thực tiễn mà còn vô lí về mặt lí thuyết, bởi vì tiến hành một số lớn các kiểm định ý nghĩa có thể dẫn tới một kết quả có ý nghĩa sai lạc. Thí dụ có thể trông đợi 1 trong 20 (5%) các kiểm định được tiến hành sẽ có ý nghĩa ở mức 5% ngay cả khi không có sự khác biệt. Một phương pháp khác được gọi là phân tích phương sai (analysis of variance). Ý nghĩa của tên này được trình bày sau. Phương pháp khá phức tạp. Việc tính toán mất nhiều thời gian và thường được tiến hành nhờ các gói phần mềm máy tính chuẩn. Vì lí do này, chương này nhấn mạnh đến các nguyên lí với mục đích giúp người đọc có đủ kiến thức để chỉ định dạng phân tích cần thiết và lí giải kết quả. Dù vậy trong chương này cũng trình bày chi tiết của việc tính toán trong trường hợp đơn giản nhất, đó là phân tích phương sai một chiều, bởi vì nó sẽ giúp ích cho việc nắm vững căn bản của phương pháp và quan hệ của nó với kiểm định t. Phân tích phương sai một chiều thích hợp khi các nhóm so sánh được xác bằng bởi một yếu tố (factor), thí dụ như so sánh trung bình giữa các giai cấp khác nhau hay giữa các dân tộc khác nhau. Phân tích phương sai hai chiều được mô tả và thích hợp khi việc chia nhóm dựa trên 2 yếu tố, thí dụ như tuổi và giới tính. Phương pháp dễ dàng được mở rộng để so sánh các nhóm đươc phân loại chéo bằng nhiều hai yếu tố. Một yếu tố được phân tích phương sai bởi vì người ta muốn so sánh các mức khác nhau của nó hay bởi vì nó gây cho sự biến thiên cần loại trừ. Xem thí dụ sau. Sau khi khám phá tỉ suất bệnh mạch vành thay đổi đáng kể giữa các nhóm dân tộc khác nhau, người ta tiến hành một cuộc điều tra để xem điều này có phải là do nồng độ lipid trung bình khác nhau giữa các nhóm dân tộc khác nhau. Bởi vì nồng độ lipid thay đổi theo giới tính và tuổi, do đó cần phân tích phương sai của nhóm tuổi và giới tính cũng như nhóm dân tộc, mặc dù tuổi và giới tính không phải là mối quan tâm chính của nghiên cứu này. Việc đưa vào phân tích chúng có hai lợi ích. Thứ nhất, kiểm định ý nghĩa sự khác biệt giữa các nhóm chủng tộc trở nên mạnh mẽ (powerful) hơn, nghĩa là dễ khiến cho sự khác biệt thực sự trở thành có ý nghĩa. Thứ nhì, nó đảm bảo sự so sánh các nhóm chủng tộc không bị sai lệch do cơ cấu nhóm tuổi và giới tính. Cũng có thể phân tích số liệu được phân thành nhiều yếu tố bằng cách dùng một kĩ thuật tương tự nhưng tổng quát hơn gọi là hồi quy bội (multiple regression). Cả hai phương pháp đều cho kết quả giống hệt nhau nhưng bởi vì hồi quy bội tổng quát hơn nên nó cần tính toán phức tạp hơn. Vì thế nó không hiệu quả trong các trường hợp đơn giản. Dù vậy, sự lựa chọn phụ thuộc vào chương trình máy tính có được và chúng có dễ sử dụng hay không. 2. Phân tích phương sai một chiều Phân tích phương sai một chiều (one-way analysis of variance) được dùng để so sánh trung bình của một số nhóm, thí dụ nhưng nồng độ hemoglobin trung bình của bệnh nhân của các loại bệnh hồng cầu liềm khác nhau (bảng 8.1a). Phương pháp phân tích được gọi là một chiều bởi vì số liệu được phân tích theo một biến số, trong trường hợp này là loại bệnh hồng cầu liềm. 2.1. Kí hiệu sử dụng cho phân tích phương sai một chiều Giả sử chúng ta muốn so sánh trung bình của k nhóm. Hãy kí hiệu số đối tượng trong mỗi nhóm là N1, N2, , Nk. Số đối tượng trong nhóm j được kí hiệu là Nj. Tổng số đối tượng trong tất cả các nhóm là N1+ N2+ + Nk = N. Số liệu được trình bày như sau Nhóm Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm k Số liệu X11 X21 . . XN11 X11 X21 . . XN22 X1k X2k . . XNkk Số đối tượng N1 N2 Nk Trung bình Phương sai Trong kí hiệu này chúng ta sử dụng 2 cước số. Số đầu xác định đối tượng trong nhóm và số thứ hai xác định nhóm. Do đó X21 là giá trị của đối tượng thứ 2 trong nhóm 1. Một cách tổng quát Xij là giá trị của đối tượng thứ i trong nhóm j. Chúng ta cũng sử dụng kí hiệu`X1, `X2,,`Xk, làm trung bình của các nhóm 1, 2,.., k và `X là trung bình chung. Biến thiên toàn bộ của số liệu được thể hiện bằng tổng bình phương toàn bộ các độ lệch của quan sát so với trung bình chung và được gọi tắt là tổng bình phương toàn bộ (total sum of square – total SS). Độ tự do của tổng bình phương toàn bộ chúng là tổng số các đối tường -1. 2.2 Phân tích thành phần của tổng bình phương toàn bộ Có thể sử dụng đại số để chứng minh tổng bình phương toàn bộ có thể được chia thành 2 phần độc lập với nhau: tổng bình phương nội bộ nhóm (within-group SS) và tổng bình phương giữa các nhóm (between-group SS). Số hạng ở vế trái là tổng bình phương toàn bộ. Ở vế phải, số hạng đầu của tiên là tổng bình phương nội bộ nhóm và số hạng thứ nhì là tổng bình phương giữa các nhóm. Có thể nhận xét được tổng bình phương nội bộ nhóm có thể được tính từ phương sai của từng nhóm 2.3 Phân tích độ tự do Chúng ta đã biết độ tự do của tổng bình phương toàn bộ chúng là tổng số các đối tường -1 (N-1). Độ tự do này cũng được chia thành 2 thành phần độc lập và cộng tính, độ tự do của sự tổng bình phương giữa các nhóm bằng số nhóm trừ một (k-1) và độ tự do của tổng bình phương nội bộ nhóm bằng (N-k). 2.4 Trung bình bình phương. Khi chúng ta chia tổng bình phương nội bộ nhóm cho độ tự do nội bộ nhóm chúng ta có trung bình bình phương nội bộ nhóm (within group mean squares -MSw). Khi chúng ta chia tổng bình phương giữa các nhóm cho độ tự do giữa các nhóm chúng ta có trung bình bình phương giữa các nhóm (between group mean squares - MSb). Khác với tổng bình phương và độ tự do, trung bình bình phương không có tính chất cộng tính. Có thể chứng minh trung bình bình phưong nội bộ nhóm (MSw) là ước lượng không chệch của phương sai dân số s2. Với giả thuyết Ho : m1 = m1 == mk, trung bình bình phưong giữa các nhóm (MSb) là ước lượng không chệch của phương sai dân số s2. Vì vậy nếu giả thuyết Ho đúng thì MSb cùng với MSw có chung giá trị kì vọng và có phân phối F. Tuy nhiên nếu giả thuyết Ho sai, có nghĩa là trung bình giữa các nhóm không bằng nhau, thì giá trị kì vọng của MSb sẽ lớn hơn kì vọng của MSw. Vì vậy để kiểm định giả thuyết Ho người ta tính xem tỉ số này có phân phối F hay không. 2.5 Thí dụ Phân tích phương sai một chiều (one-way analysis of variance) được dùng để so sánh trung bình của một số nhóm, thí dụ nhưng nồng độ hemoglobin trung bình của bệnh nhân của các loại bệnh hồng cầu liềm khác nhau (bảng 8.1a). Phương pháp phân tích được gọi là một chiều bởi vì số liệu được phân tích theo một chiều, trong trường hợp này là loại bệnh hồng cầu liềm. Việc tính toán số liệu hồng cầu liềm được trình bày ở Bảng 7(b) và kết quả trình bày của bảng phân tích phương sai ở trong Bảng 7(c). Cột thứ tư trong bảng trình bày lượng biến thiên cho mỗi độ tự do và được gọi là trung bình bình phương (mean square - MS). Kiểm định ý nghĩa cho sự khác biệt giữa các nhóm dựa trên trung bình bình phương giữa các nhóm (between groups) và trong nội bộ các nhóm (within groups). Nếu sự khác biệt quan sát được trong nồng độ hemoglobin của các loại bệnh hồng cầu liềm khác nhau chỉ là tình cờ, sự biến thiên giữa các nhóm cũng tương đương với sự biến thiên giữa các đối tượng trong cùng một loại bệnh. Ngược lại nếu chúng là do sự khác biệt thực sự thì sự biến thiên giữa các nhóm sẽ lớn hơn. Trung bình bình phương được so sánh bằng kiểm định F, đôi khi còn được gọi là kiểm định tỉ số phương sai (variance-ratio). Trong đó N là tổng số các quan sát và k là số các nhóm. F phải xấp xỉ bằng 1 nếu không có sự khác biệt thực sự giữa các nhóm và lớn hơn 1 nếu có sự khác biệt. Theo giả thuyết trung tính cho rằng sự khác biệt chỉ là do tình cờ, tỉ số này sẽ tuân theo phân phối F mà không giống với các phân phối khác, nó có một cặp độ tự do: (k-1) độ tự do ở tử số và (N-k) độ tự do ở mẫu số. Ðiểm phần trăm của phân phối F được lập bảng theo các cặp độ tự do ở Bảng A4. Cột của bảng chỉ độ tự do của tử số và các khối gồm nhiều hàng chỉ độ tự do của mẫu số. trong mỗi khối này có những hàng khác nhau cho mức phần trăm khác nhau. Ðiểm phần trăm là một đuôi bởi vì kiểm định dựa trên phân phối F lớn hơn một. Trong Bảng 7(c), F=50,26/0,95=52,9 với độ tự do (2,38). Bảng điểm phần trăm có hàng cho 30 và 40 độ tự do chứ không có hàng cho 38 độ tự do. Dù vậy chúng ta có thể nói rằng điểm 0,1% của F(2,38) ở giữa 8,77 và 8,25 (là điểm 0,1% của F(2,30) và F(2,40)). Rõ ràng 52,9 lớn hơn cả hai. Do đó nồng độ hemoglobin khác nhau một cách có ý nghĩa giữa các bệnh nhân mắc các loại bệnh hồng cầu liềm khác nhau (P<0,001). Nồng độ trung bình thấp nhất là bênh nhân có Hb SS, trung bình đối với bệnh nhân có Hb S/ß-thalassaemia và cao nhất đối với bệnh nhân có Hb SC. 2.6 Giả định: Có hai giả định cần cho kiểm định F. Thứ nhất là số liệu phải phân phối bình thường. Thứ nhì là độ lệch chuẩn giữa các cá thể trong cùng một nhóm phải giống nhau. Có thể ước lượng bằng căn bậc hai của trung bình bình phương (MS) trong các nhóm. Có thể bỏ qua sự phân phối không bình thường nhưng các độ lệch chuẩn không bằng nhau có thể gây hậu quả nghiêm trọng. Trong trường hợp này có thể biến đổi số liệu. 2.7 Mối liên hệ với kiểm định t hai mẫu Phân tích phương sai một chiều là sự mở rộng của kiểm định t hai mẫu. Khi chỉ có hai mẫu, nó cho kết quả y như là kiểm định t. Giá trị F bằng bình phương giá trị t tương ứng và điểm phần trăm của phân phối F với (1,N-2) độ tự do cũng bằng bình phương của điểm phần trăm của phân phối t với N-2 độ tự do. Bảng 7. Phân tích phương sai một chiều: sự khác biệt trong nồng độ hemoglobin giữa các bệnh nhân bị các loại bệnh hồng cầu liềm khác nhau. Số liệu từ Anionwo et al. (1981) British Medical Journal, 282, 283-6 Số liệu Loại bệnh hồng cầu liềm HbSS HbS/beta-thalassemia HbSC Số liệu 7,2; 7,7; 8,0; 8,1; 8,3; 8,4; 8,4; 8,5; 8,6; 8,7; 9,1; 9,1; 9,1; 9,8; 10,1; 10,3 8,1; 9,2; 10,0; 10,4; 10,6; 10,9; 11,1; 11,9; 12,0; 12,1 10,7; 11,3; 11,5; 11,6; 11,7; 11,8; 12,0; 12,1; 12,3; 12,6; 12,6; 13,3; 13,3; 13,8; 13,9 Số đối tượng Ni 16 10 15 Trung bình `Xi 8,712 10,630 12,3 Độ lệch chuẩn (si) 0,844 1,284 0,942 (b) Tính toán _________________________________________________________________________ N = S Ni = 16 + 10 + 15 = 41, số nhóm (k) = 3 d.f. = k-1 = 2 SSw = =15 ´ 0,8442 + 9 ´ 1,2842 + 14 ´ 0,9422 = 37,95 d.f.= N - k = 41-3 = 38 SS = SSb + SSw=137,87 d.f.= N-1 = 40 (c) Bảng phân tích phương sai Nguồn biến thiên SS d.f. MS = F= Giữa các nhóm 99,92 2 49,96 50.03 , P<0,001 Trong các nhóm 37,95 38 0,996 Tổng cộng 137,87 40 3. Phân tích phương sai hai chiều Người ta dùng phân tích phương sai hai chiều (two way analysis of variance) khi số liệu được phân loại theo hai chiều thí dụ như theo tuổi và giới tính. Số liệu là quy hoạch cân đối (balanced design) nếu số các quan sát trong các nhóm là bằng nhau và quy hoạch không cân đối (unbalanced design) nếu số các quan sát trong các nhóm không bằng nhau. Qui hoạch cân đối có hai loại có lặp (with replication) nếu có nhiều quan sát trong mỗi nhóm và không có lặp (without replication) nếu chỉ có một quan sát. Ba loại quy hoạch này sẽ được trình bày riêng. 4. Quy hoạch cân đối có lặp Bảng 8.2 trình bày kết quả thực nghiệm trên 3 chủng chuột mỗi chủng gồm 5 chuột đực và 5 chuột cái được điều trị bằng hormone tăng trưởng. Mục đích là tìm xem các chủng chuột và giới tính chuột có đáp ứng với điều trị như nhau hay không. Số đo của đáp ứng là tăng trọng sau 7 ngày. Những số liệu này được phân loại theo hai chiều, bởi chủng tộc và giới tính. Quy hoạch là cân đối có lặp (balanced with replication) bởi vì có 5 quan sát trong mỗi nhóm chủng-giới tính. Phân tích phương sai 2 chiều chia tổng bình phương thành 4 thành phần (i) Tổng bình phương do sự khác biệt giữa các chủng. Ðiều này là tác động chính (main effect) của yếu tó, chủng. Ðộ tự do của nó là số các chủng chuột trừ một và bằng 2. (ii) Tổng bình phương do sự khác biệt giới tính, đó là tác động chính của giới tính. Ðộ tự do của nó bằng 1, bằng số các giới tính trừ một. (iii) Tổng bình phương do sự tương tác (interaction) giữa chủng và giới tính. Sự tương tác có nghĩa là sự khác biệt do chủng không giống nhau trên cả hai giới hay ngược lại sự khác biệt do giới tính không giống nhau trên 3 chủng chuột. Ðộ tự do bằng tích số độ tự do của 2 tác động chính bằng 2 x 1=1 (iv) tổng bình phương phần dư là sự khác biệt giữa các con chuột trong cùng nhóm chủng-giới tính. Ðộ tự do bằng 24, tích số của số chủng (3) số giới tính (2) và số quan sát trong mỗi nhóm trừ một (4). Tác động chính và tương tác được kiểm định độ ý nghĩa bằng cách dùng kiểm định F để so sánh trung bình bình phương của nó với trung bình bình phương phần dư như được mô tả trong phân tích phương sai một chiều. Thực nghiệm này không thu được kết quả có ý nghĩa. Bảng 8. Sự khác biệt đáp ứng với hormone sinh trưởng trên 3 chủng chuột khác nhau (mỗi chủng gồm 5 đực và 5 cái). (a) Tăng trọng trung bình (tính theo gram) với độ lệch chuẩn ở trong ngoặc (n=5 trong mỗi nhóm), Giới tính chủng A chủng B chủng C Nam 11,9(0,9) 12,1(0,7) 12,2(0,7) Nữ 12,3(1,1) 11,8(0,6) 13,1(0,9) (b)Phân tích phương sai hai chiều: quy hoạch cân bằng có lặp Nguồn biến thiên SS d.f. MS = F= Tác động chính Chủng 2,63 2 1,32 1,9,P>0,1 Giới tính 1,16 1 1,16 1,7,P>0,1 Tương tác Chủng x Giới 1,65 2 0,83 1,2,>0,1 Phần dư 16,86 24 0,70 Tổng cộng 22,30 29 5. Quy hoạch cân đối không lặp Năm phương pháp để xác định tuổi thai được so sánh trên 10 phụ nữ trong bảng 8.3. Không có tổng bình phương phần dư trong phân tích phương sai bởi vì chỉ có một quan sát cho một phương pháp áp dụng trên một phụ nữ. Trong trường hợp như vậy, tương tác được giả thiết là do sự biến thiên tình cờ và trung bình bình phương được dùng làm ước lượng trung bình bình phương phần dư để tính giá trị F của tác động chính. Tác động chính do tuổi thai khác nhau giữa 10 phụ nữ hiển nhiên có ý nghĩa. Bản thân điều này không được quan tâm lắm nhưng nó là một nguồn biến thiên quan trọng cần phải tính đến trong khi so sánh các phương pháp. Tác động chính do sự khác biệt giữa các phương pháp là có ý nghĩa ở mức 5% (F=757,85/202,81= 3,74, d.f.=[4,36]). Phân chia tổng bình phương Cần xem xét chi tiết các hiệu số tạo nên tác động có ý nghĩa. Thí dụ, phương pháp dựa trên ngày thai máy cho con số trung bình cao hơn đáng kể so với các phương pháp khác. Có thể phân chia tổng bình phương của tác động chính đối với các phương pháp trong Bảng 9(c) thành: (i) Tổng bình phương các hiệu số giữa phương pháp dựa trên ngày thai máy và các phương pháp khác. Tổng này có 1 độ tự do. Bảng 9. Tuổi thai tính theo ngày của 10 phụ nữ được ước tính bằng 5 phương pháp - kě kinh cuối (last mentrual period - LMP), khám âm đạo (Vaginal examination - VE), ngày thai máy (date of quickening - DOQ), siêu âm (Ultra sound - US) và oxydase diamine máu (Diamine oxidase - DAO). (a) số liệu Ðối tượng LMP VE DOQ US DAO 1 275 273 288 273 244 270,6 2 292 283 284 285 329 294,6 3 281 274 298 270 252 275,0 4 284 275 271 272 258 272,0 5 285 294 307 278 275 287,8 6 283 279 301 276 279 283,6 7 290 265 298 291 295 287,8 8 294 277 295 290 271 285,4 9 300 304 293 279 271 289,4 10 284 297 352 292 284 301,8 Trung bình 286,4 282,1 298,7 280,6 275,8 (b) Phân tích phương sai hai chiều: quy hoạch cân đối không có lặp (trung bình bình phương tương tác được dùng làm ước lượng trung bình bình phương phần dư trong kiểm định F) Nguồn biến thiên SS d.f. MS = F= Ðối tượng 4437,6 9 493,07 2,43, P<0,05 Phương pháp 3031,4 4 757,85 3,74, P<0,05 Tương tác 7301,0 36 202,81 Tổng cộng 14770,0 49 (c) Phân chia tổng bình phương theo phương pháp Nguồn biến thiên SS d.f. MS = F= DOQ so với các phương pháp khác 2415,1 1 2415,10 11,91,P<0,001 Khác biệt giữa LMP, VE, US và DAO 616,3 3 205,43 1,01,P>0,1 Kĩ thuật 3031,4 4 (ii) Tổng bình phương còn lại có 3 độ tự do, thể hiện các hiệu số trong số 4 phương pháp khác (LMP, VE, US, DAO). Mỗi thành phần được kiểm định bằng kiểm định F theo cách bình thường. Sự phân chia này cho thấy phương pháp dựa trên ngày thai máy khác đáng kể (P<0,001) với các phương pháp khác, nhưng không có sự khác biệt có ý nghĩa trong 4 phương pháp này. Lưu ý rằng tổng bình phương đã được chia theo các phương pháp khác nhau, và thành các thành phần độc lập bằng độ tự do, trong trường hợp này là 4. Sự phân chia phụ thuộc vào sự so sánh quan tâm và tốt nhất phải được dựa trên nền tảng tiên nghiệm (a priori) trước khi phân tích số liệu. Tiến hành phân chia nhờ phương pháp tương phản tuyến tính (method of linear contrasts). Quan hệ với kiểm định t một mẫu Phương pháp phân tích phương sai hai chiều quy hoạch cân đối không có lặp là mở rộng của kiểm định t bắt cặp một mẫu, so sánh các giá trị của nhiều biến được đo lường trên một cá thể. Trong trường hợp này, có 5 biến: tuổi thai được ước tính bằng các phương pháp khác nhau trên một phụ nữ. Hai cách tiếp cận cho kết quả tương tự khi chỉ có 2 biến và giá trị F bằng giá trị t bình phương. 6. Quy hoạch không cân đối Bảng 10(a) tóm tắt số liệu về nhiễm giun móc và mức hemoglobin, được thu thập trong một cuộc điều tra về nhiễm kí sinh trùng ở Ðông châu Phi. Số liệu được phân loại theo hai yếu tố, giới tính và mật độ nhiễm giun móc. Có thể thấy rằng đối với mỗi giới tính, nồng độ hemoglobin giảm khi nhiễm giun móc càng nhiều, và đối với một mức độ nhiễm giun móc, hemoglobin trung bình ở nữ thấp hơn ở nam. Dù vậy quy hoạch này là không cân đối bởi vì số người trong mỗi nhóm không bằng nhau. Ðiều này có nghĩa là không thể tách tác động của giới tính và mật độ nhiễm giun khiến cho việc lí giải số liệu không thể tiến hành trực tiếp. Bảng 10. Nồng độ hemoglobin (g%) theo mật độ nhiễm giun móc ở nam và nữ (a) Số liệu Nam Nữ Mật độ nhiễm giun móc Số Hb trung bình s.d. Số Hb trung bình s.d. Âm tính 22 12,3 1,8 35 11,1 1.1 Thấp 20 11,9 1,2 27 10,8 1,3 Trung bình 17 10,7 1,6 14 9,5 1,9 Cao 15 9,0 1,4 11 8,6 1,7 (b) Phân tích phương sai hai chiều: quy hoạch không cân đối Nguồn biến thiên SS d.f. MS = F= Giới tính 20,94 1 20,94 9,9,P<0,01 Mật độ giun móc điều chỉnh theo giới 176,68 3 58,89 27,8, P<0,001 Tương tác 3,24 3 1,08 0,5, P>0,1 Phần dư 324,28 153 2,12 Tổng cộng 525,14 160 Tổng bình phương không thể chia thành các thành phần quy về 2 yếu tố độc lập với nhau và trong Bảng 10(b) trình bày phân tích phương sai được cải tiến. Ðầu tiên tính tổng bình phương do sự khác biệt giới tính. Trừ khi hai giới tính có phân phối giun móc giống nhau, tổng bình phương sẽ gồm cả một số biến thiên do sự khác biệt mật độ giun. Sau đó tính tổng bình phương do mật độ nhiễm giun. Tổng này đánh giá quan hệ giữa nồng độ hemoglobin và mật độ nhiễm giun có điều chỉnh cho sự khác biệt giới tính giữa các nhóm mật độ nhiễm giun. Cả hai tác động chính đều có ý nghĩa, mức ý nghĩa 1% đối với giới tính (F=9,9, d.f.=[1,153]) và 0,1% đối với mật độ nhiễm giun (F=27,8, d.f=[3,153]). Sự tương tác không có ý nghĩa. Theo phương án khác, tác động của nhiễm giun móc được phân tích phương sai trước, trong trường hợp đó nó gồm cả sự biến thiên do khác biệt nồng độ hemoglobin giữa nam và nữ. Sau đó tác động chính của giới tính sẽ là sự khác biệt còn lại sau khi điều chỉnh cho sự khác biệt mật độ giun giữa nam và nữ. Ðối với quy hoạch không cân bằng cần tiến hành phân tích theo cả hai cách. Dù vậy, trong thí dụ này, sự xem xét đã dẫn đến rằng nên tính tới giới tính trước. Số liệu không cân đối phổ biến và không thể tránh được trong cuộc nghiên cứu điều tra. Dù vậy, thử nghiệm lâm sàng và thực nghiệm labo nên dự trù để có quy hoạch cân đối. Không phải mọi dự trù đều thành công thí dụ như có người rời khỏi vùng trong khi thử nghiệm. Các chương trình phân tích phương sai của các phần mềm máy tính nhỏ có thể dùng cho các quy hoạch cân đối hay quy hoạch chỉ có một số nhỏ các giá trị bị khuyết (missing value); trong những trường hợp này các chương trình hồi quy bội có thể dùng cho thiết kế không cân đối (xem Chương 10). 7. Tác động cố định và ngẫu nhiên Yếu tố có thể chia làm hai loại, tác động cố định (phổ biến hơn) và tác động ngẫu nhiên. Các yếu tó như giới tính, nhóm tuổi, và loại bệnh hồng cầu liềm là các tác động cố định (fixed effects) bởi vì các mức riêng lẻ của nó có các giá trị nhất định; giới tính luôn luôn là nam hay nữ. Ngược lại, các mức riêng lẻ của của tác động ngẫu nhiên (random effects) không được sự quan tâm mà chỉ là một mẫu đại diện cho sự biến thiên. Thí dụ, xét một nghiên cứu điều tra sự biến thiên natri và sucrose trong dung dịch ORS được pha ở nhà, trong đó có 10 người được đề nghị từng người pha 8 dung dịch. Trong trường hợp này 10 người chỉ là đại diện cho nguồn biến thiên giữa các dung dịch được pha bởi những người khác nhau. Con người là một tác động ngẫu nhiên. Trong thí dụ này và để xem tác động con người có ý nghĩa không, chúng ta sẽ quan tâm đến việc ước lượng độ lớn của sự biến thiên nồng độ giữa các dung dịch được pha bởi một người và sự biến thiên giữa các dung dịch được pha bởi các người khác nhau. Chúng được gọi làì thành phần của sự biến thiên (components of variation). Phương pháp kiểm định ý nghĩa giống nhau trong tác động cố định và ngẫu nhiên trong quy hoạch một chiều và trong quy hoạch hai chiều không có lặp, nhưng không giống nhau trong quy hoạch hai chiều (hay nhiều chiều hơn) có lặp. Trong quy hoạch hai chiều có lặp, nếu cả hai tác động đều cố định, trung bình bình phương được so sánh với trung bình bình phương phần dư như đã nói ở trên. Mặt khác nếu cả hai tác động đều là ngẫu nhiên, trung bình bình phương được so sánh với trung bình bình phương tương tác chứ không phải với trung bình bình phương phần dư. Nếu một tác động là ngẫu nhiên và một là cố định, nó sẽ là cách khác: tác động ngẫu nhiên được so sánh với trung bình bình phương phần dư, và tác động cố định sẽ đươc so sánh với trung bình bình phương tương tác. Ðây là những điểm phức tạp. Người đọc quan tâm nhiều đến chi tiết nên tham khảo Huitson (1980). 8. Bài tập Một nghiên cứu quan tam đến tác động điều hoà thần kinh lên chức năng miễn dịch. Irwin và cộng sự (năm 1987) đã xuất bản một nghiên cứu cắt ngang về mối liên hệ giữa các biến cố quan trọng trong cuộc đời và chức năng miễn dịch. Đối tượng bao gồm những phụ nữ có chồng đang điều trị vì ung thu phổi di căn; những phụ nữ có chồng chết vì ung thư phổi từ 1-6 tháng trước đó và những phụ nữ sống với chồng đang khoẻ mạnh. Dựa trên thang đo đánh giá tái điều chỉnh xã hội (Social readjustment rating scale) ông chia các phụ nữ làm 3 nhóm: nhóm có điểm thấp (£54); số có điểm trung bình (55-99) và nhóm có điểm cao (³100). Đồng thời ông ta cũng đánh giá chức năng miễn dịch và thang đo đánh giá trầm cảm Hamilton ở 3 nhóm phụ nữ nŕy. Kết quả được trình bày trong bảng sau: Thang điểm đánh giá tái điều chỉnh xã hội Thang đo Nhóm tái điều chỉnh xã hội thấp (n=13) Nhóm tái điều chỉnh xã hội trung bình (n=12) Nhóm tái điều chỉnh xã hội cao (n=12) Tuổi (năm) x=54.8 s=9.5 x=55.3 s=6.3 x=57.8 s=9.4 Điểm trầm cảm Hamilton x=5.3 s=5.2 x=14.7 s=7.5 x=12.0 s=6.8 Hoạt tính tế bào tiêu diệt tự nhiên (lytic unit) x=40.2 s=25.7 x=15.6 s=6.4 x=18.1 s=10.0 Số lượng lymphocyte (103/mL) x=1.8 s=0.5 x=2.2 s=0.5 x=2.5 s=0.8 1. Điểm trầm cảm giữa của 3 nhóm (dựa theo điểm đánh giá tái điều chỉnh xã hội) có khác biệt hay không? Lý giải kết quả đã phân tích 2. Số lượng lymphoctye của 3 nhóm có khác biệt hay không? Bài giải 1. So sánh điểm trầm cảm Bước 1: Xây dựng giả thuyết Ho: Ho: Điểm trầm cảm của 3 nhóm phụ nữ bằng nhau Bước 2: Chọn kiểm định phù hợp Kiểm định phù hợp là phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) với thống kê F với (số nhóm -1, số quan sát - số nhóm) = (2,34) độ tự do ; F tới hạn= 3,32 Bước 3: Lập bảng ANOVA và Tính thống kê F Chúng ta lập thành bảng phân tích phương sai như sau: Nguồn biến thiên SS d.f. MS=SS/d.f. MS giữa các nhóm F= -------------------------- MS bên trong nhóm Giữa các nhóm 580,18 2 295,09 6,91 , P=0,003 Trong các nhóm 1451,87 34 42,70 Tổng cộng 137,85 40 Các giá trị ở trên có thể tính theo công thức sau: Giữa các nhóm =13 ´ 5,32+12 ´ 14,72+12 ´ 122 - 389,32/37=550,18 d.f. = k-1 = 2 MSb = SS/d.f. Trong các nhóm SSw = =13 x 5.22+ 12 x 7,52 + 12 x 6,82 = 1451,87 d.f.= N - k = 37-3 = 34 MSw = SS/d.f. Và giá trị thống kê F F = MSb/MSw= 295,09/42,70 = 6,91 Bước 4: tính xác suất của giá trị thống kê F Dựa vào máy tính chúng ta tính được giá trị p= 0,003. Chúng ta cũng có thể dựa vào bảng thống kê F để tìm được p <0,005 Bước 5: Kết luận Vì giá trị p nhỏ nên chúng ta bác bỏ giả thuyết Ho. Do đó có đủ bằng chứng để kết luận rằng trung bình điểm trầm cảm theo thang đánh giá Hamilton là không bằng nhau đối với cả 3 nhóm phụ nữ. 2. So sánh số lượng tế bào lympho Bước 1: Xây dựng giả thuyết Ho: Ho: Số lượng tế bào lympho trung bình bằng nhau ở cả 3 nhóm (Ho: m1 = m2 = m3) Ha: Không phải tất cả trung bình đều bằng nhau (Ha:m1 ¹ m2 hay m1 ¹ m3 hay m2 ¹ m3) Bước 2: Chọn kiểm định phù hợp Kiểm định phù hợp là phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) với thống kê F với (số nhóm -1, số quan sát - số nhóm) = (2,34) độ tự do ; F tới hạn= 3,32 Bước 3: Lập bảng ANOVA và Tính thống kê F Chúng ta lập thành bảng phân tích phương sai như sau: Nguồn biến thiên SS d.f. MS=SS/d.f. MS giữa các nhóm F= -------------------------- MS bên trong nhóm Giữa các nhóm 3,09 2 1,55 4,11 , P=0,0252 Trong các nhóm 12,79 34 0,38 Tổng cộng 137,85 40 Các giá trị ở trên có thể tính theo công thức sau: Giữa các nhóm = 13 ´ 1,82+12 ´ 2,22+12 ´ 2,52 – 79,82/37=550,18 dfb = k-1 = 2 MSb = SS/d.f. Trong các nhóm SSw = =13 x 0,52+ 12 x 0,52 + 12 x 0,82 = 12,79 dfw= N - k = 37-3 = 34 MSw = SS/d.f. Và giá trị thống kê F F = MSb/MSw= 1,55/0,38 = 4,11 Bước 4: tính xác suất của giá trị thống kê F Dựa vào máy tính chúng ta tính được giá trị p= 0,0252. Chúng ta cũng có thể dựa vào bảng thống kê F để tìm được p <0,05 Bước 5: Kết luận Vì giá trị p nhỏ nên chúng ta bác bỏ giả thuyết Ho. Do đó có đủ bằng chứng để kết luận rằng số lượng tế bào lympho trong máu không bằng nhau đối với cả 3 nhóm phụ nữ (p<0,05).