Was ist die NULL-Hypothese für die Interaktion in einer Zwei-Wege-ANOVA?


20

Angenommen, wir haben zwei Faktoren (A und B) mit jeweils zwei Ebenen (A1, A2 und B1, B2) und einer Antwortvariablen (y).

Die bei der Durchführung einer Zwei-Wege-ANOVA des Typs:

y~A+B+A*B

Wir testen drei Nullhypothesen:

  1. Es gibt keinen Unterschied im Mittelwert von Faktor A
  2. Bei Faktor B gibt es keinen Unterschied
  3. Es gibt keine Wechselwirkung zwischen den Faktoren A und B

Die ersten beiden Hypothesen lassen sich leicht formulieren (für 1 ist es ).H0:μA1=μA2

Aber wie ist Hypothese 3 zu formulieren?

edit : und wie wäre es für den fall von mehr als zwei ebenen formuliert?

Vielen Dank.


3
Ich habe nicht den Ruf, mich bearbeiten zu lassen, aber ich glaube, Sie möchten H0=μA1=μA2 (oder μA1 wenn Sie einen doppelten Index wünschen) : H_0 = \mu_{A1}=\mu_{A2}oder \mu_{A_1}]
— Ben Bolker

1
Hoppla, ich habe nicht gesehen, dass Sie Großbuchstaben verwenden, um den Namen des Faktors und seine Ebenen zu kennzeichnen.
— chl

Antworten:


18

Ich halte es für wichtig, die Hypothese und den entsprechenden Test klar voneinander zu trennen. Für die folgende gehe ich davon aus, eine ausgewogenen, Zwischensubjekt CRF- Design (gleiche Zellgrößen, Kirks Notation: Vollständig Randomized Factorial Design).pq

ist die Beobachtung i in der Behandlung j des Faktors A und der Behandlung k des Faktors B mit 1 ≤ i ≤ n , 1 ≤ j ≤ p und 1 ≤ k ≤ q . Das Modell ist Y i j k = μ j k + ϵ i ( j k ) ,YijkijAkB1≤i≤n1≤j≤p1≤k≤qYijk=μjk+ϵi(jk),ϵi(jk)∼N(0,σϵ2)

Design: B 1 ... B k ... B q A 1 μ 11 ... μ 1 k ... μ 1 q μ 1 ... ... ... ... ... ... ... A j μ j 1 ... μ j k ... μ j q μ j . ... ... ... ... ... ... ... A p μ p 1 ... μ B1…Bk…Bq A1μ11…μ1k…μ1qμ1.…………………Ajμj1…μjk…μjqμj.…………………Apμp1…μpk…μpqμp. μ.1…μ.k…μ.qμ

ist der erwartete Wert in der Zelle j k , ϵ i ( j k ) ist der Fehler, der mit der Messung der Person i in dieser Zelle verbunden ist. Die ( ) -Notation gibt an, dass die Indizes j k für eine gegebene Person i festgelegt sind, da diese Person nur in einer Bedingung beobachtet wird. Einige Definitionen für die Effekte:μjkjkϵi(jk)i()jki

(durchschnittlicher erwarteter Wert für die Behandlungjdes FaktorsA)μj.=1q∑k=1qμjkjA

(durchschnittlicher erwarteter Wert für die Behandlungkdes FaktorsB)μ.k=1p∑j=1pμjkkB

(Wirkung der Behandlung j des Faktors A , ∑ p j = 1 α j = 0 )αj=μj.−μjA∑j=1pαj=0

(Wirkung der Behandlung k des Faktors B , ∑ q k = 1 β k = 0 )βk=μ.k−μkB∑k=1qβk=0

(Wechselwirkungseffekt für die Kombination der Behandlung j des Faktors A mit der Behandlung k des Faktors B , ∑ p j = 1 ( α β ) j k =(αβ)jk=μjk−(μ+αj+βk)=μjk−μj.−μ.k+μ
jAkB∑j=1p(αβ)jk=0∧∑k=1q(αβ)jk=0)

(bedingte Hauptwirkung für die Behandlung j des Faktors A innerhalb der festen Behandlung k des Faktors B , ∑ p j = 1 α ( k ) j = 0αj(k)=μjk−μ.k
jAkB∑j=1pαj(k)=0∧1q∑k=1qαj(k)=αj∀j,k)

βk(j)=μjk−μj.
(conditional main effect for treatment k of factor B within fixed treatment j of factor A, ∑k=1qβk(j)=0∧1p∑j=1pβk(j)=βk∀j,k)

With these definitions, the model can also be written as: Yijk=μ+αj+βk+(αβ)jk+ϵi(jk)

This allows us to express the null hypothesis of no interaction in several equivalent ways:

  1. H0I:∑j∑k(αβ)jk2=0
    (all individual interaction terms are 0, such that μjk=μ+αj+βk∀j,k. This means that treatment effects of both factors - as defined above - are additive everywhere.)

  2. H0I:αj(k)−αj(k′)=0∀j∧∀k,k′(k≠k′)
    (all conditional main effects for any treatment j of factor A are the same, and therefore equal αj. This is essentially Dason's answer.)

  3. H0I:βk(j)−βk(j′)=0∀j,j′∧∀k(j≠j′)
    (all conditional main effects for any treatment k of factor B are the same, and therefore equal βk.)

  4. H0I: In a diagramm which shows the expected values μjk with the levels of factor A on the x-axis and the levels of factor B drawn as separate lines, the q different lines are parallel.


1
A really impressive answer Caracal - thank you.
— Tal Galili

9

An interaction tells us that the levels of factor A have different effects based on what level of factor B you're applying. So we can test this through a linear contrast. Let C = (A1B1 - A1B2) - (A2B1 - A2B2) where A1B1 stands for the mean of the group that received A1 and B1 and so on. So here we're looking at A1B1 - A1B2 which is the effect that factor B is having when we're applying A1. If there is no interaction this should be the same as the effect B is having when we apply A2: A2B1 - A2B2. If those are the same then their difference should be 0 so we could use the tests:

H0:C=0vs.HA:C≠0.


1
Thanks Dason, that helped. Also, after reading your reply, it suddenly became clear to me that I am not fully sure how this generalizes in case we are having more factors. Could you advise? Thanks again. Tal
— Tal Galili

2
You can test multiple contrasts simultaneously. So for example if A had three levels and B had 2 we could use the two contrasts: C1 = (A1B1 - A2B1) - (A2B1 - A2B2) and C2 = (A2B1 - A2B2) - (A3B1 - A3B2) and use a 2 degree of freedom test to simultaneously test if C1 = C2 = 0. It's also interesting to note that C2 could equally have been (A1B1 - A1B2) - (A3B1 - A3B2) and we would come up with the same thing.
— Dason

Hi @Dason: you seem to have multiple accounts. Could you please complete the form at stats.stackexchange.com/contact and request that they be merged? That will simplify your use of this site (and give you the combined net reputation of both accounts).
— whuber
Durch die Nutzung unserer Website bestätigen Sie, dass Sie unsere Cookie-Richtlinie und Datenschutzrichtlinie gelesen und verstanden haben.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.