اختبار مربع كاي لبيرسون
اختبار مربع كاي لبيرسون أو اختبار بيرسوناختبار مربع كاي هو اختبار إحصائي يُطبق على مجموعات من البيانات الفئوية لتقييم احتمالية أن يكون أي اختلاف مُلاحظ بين المجموعات قد نشأ بالصدفة. وهو الأكثر استخدامًا من بين العديد من اختبارات مربع كاي (مثل اختبار ييتس ، ونسبة الاحتمال ، واختبار السلاسل الزمنية ، إلخ) - وهي إجراءات إحصائية تُقيّم نتائجها بالرجوع إلى توزيع مربع كاي . وقد درس كارل بيرسون خصائصه لأول مرة عام 1900. [ 1 ] في السياقات التي يكون فيها من المهم تحسين التمييز بين إحصائية الاختبار وتوزيعها، تُستخدم أسماء مشابهة لاختبار أو إحصائية مربع كاي لبيرسون . وهو اختبار قيمة احتمالية (p-value) .
من الأمثلة البسيطة على ذلك اختبار فرضية أن النرد العادي ذو الستة أوجه "عادل" (أي أن احتمالية حدوث جميع النتائج الست متساوية). في هذه الحالة، تكون البيانات المرصودة هي، عدد مرات سقوط النرد على كل رقم. الفرضية الصفرية هي، وكما هو موضح أدناه، إذاإذاً، يمكن رفض عدالة النرد على مستوى.
إجراء
- قبل التجربة، يحدد المجرب عددًا معينًاعدد العينات المطلوب أخذها.
- البيانات المرصودة هي، وهو عدد العينات من مجموعة محدودة من الفئات المعطاة. وهي تحقق.
- الفرضية الصفرية هي أن أعداد العد مأخوذة من توزيع متعدد الحدودأي أن البيانات الأساسية يتم أخذ عينات منها بشكل مستقل ومتطابق التوزيع من توزيع فئوي.ضمن الفئات المحددة.
- يُعرَّف إحصاء اختبار مربع كاي لبيرسون على النحو التالي:يتم حساب قيمة p لإحصائية الاختبار إما عدديًا أو عن طريق البحث عنها في جدول.
- إذا كانت قيمة p صغيرة بما يكفي (عادةً p < 0.05 حسب الاتفاق)، فسيتم رفض الفرضية الصفرية، ونستنتج أن البيانات المرصودة لا تتبع التوزيع متعدد الحدود.
الاستخدام
يُستخدم اختبار مربع كاي لبيرسون لتقييم ثلاثة أنواع من المقارنة: جودة المطابقة ، والتجانس ، والاستقلال .
- يحدد اختبار جودة المطابقة ما إذا كان توزيع التردد الملاحظ يختلف عن التوزيع النظري.
- يقارن اختبار التجانس توزيع الأعداد لمجموعتين أو أكثر باستخدام نفس المتغير الفئوي (على سبيل المثال، اختيار النشاط - الكلية، أو الخدمة العسكرية، أو العمل، أو السفر - لخريجي مدرسة ثانوية تم الإبلاغ عنه بعد عام من التخرج، مرتبة حسب سنة التخرج، لمعرفة ما إذا كان عدد الخريجين الذين يختارون نشاطًا معينًا قد تغير من دفعة إلى أخرى، أو من عقد إلى آخر). [ 4 ]
- يقيّم اختبار الاستقلال ما إذا كانت الملاحظات التي تتكون من مقاييس لمتغيرين، معبر عنها في جدول التوافق ، مستقلة عن بعضها البعض (على سبيل المثال، استطلاع ردود الأشخاص من جنسيات مختلفة لمعرفة ما إذا كانت جنسية الشخص مرتبطة بالاستجابة).
بالنسبة للاختبارات الثلاثة جميعها، تتضمن الإجراءات الحسابية الخطوات التالية:
- احسب إحصائية اختبار مربع كاي ،، وهو ما يشبه مجموع مربعات الانحرافات المعيارية بين الترددات المرصودة والنظرية (انظر أدناه).
- حدد درجات الحرية ، df ، لتلك الإحصائية.
- لاختبار مدى جودة المطابقة، df = Cats − Params ، حيث Cats هو عدد فئات الملاحظة التي يتعرف عليها النموذج، و Params هو عدد المعلمات في النموذج المعدلة لجعل النموذج يناسب الملاحظات بشكل أفضل: عدد الفئات التي تم تقليلها بعدد المعلمات المناسبة في التوزيع.
- لاختبار التجانس، تكون درجات الحرية = (الصفوف - 1) × (الأعمدة - 1) ، حيث يمثل عدد الصفوف عدد الفئات (أي الصفوف في جدول التوافق المرتبط)، ويمثل عدد الأعمدة عدد المجموعات المستقلة (أي الأعمدة في جدول التوافق المرتبط). [ 4 ]
- لاختبار الاستقلال، تكون درجات الحرية = (الصفوف - 1) × (الأعمدة - 1) ، حيث يمثل عدد الصفوف في هذه الحالة عدد الفئات في أحد المتغيرات، ويمثل عدد الأعمدة عدد الفئات في المتغير الثاني. [ 4 ]
- حدد مستوى الثقة المطلوب ( مستوى الدلالة ، أو قيمة p ، أو مستوى ألفا المقابل ) لنتيجة الاختبار.
- يقارنإلى القيمة الحرجة من توزيع كاي تربيع بدرجات حرية df ومستوى الثقة المحدد (أحادي الجانب، لأن الاختبار في اتجاه واحد فقط، أي هل قيمة الاختبار أكبر من القيمة الحرجة؟)، وهو ما يعطي في كثير من الحالات تقريبًا جيدًا لتوزيع.
- قم بتأييد أو رفض الفرضية الصفرية التي تنص على أن التوزيع التكراري الملاحظ هو نفسه التوزيع النظري بناءً على ما إذا كانت إحصائية الاختبار تتجاوز القيمة الحرجة لـإذا تجاوزت إحصائية الاختبار القيمة الحرجة لـ، الفرضية الصفرية (( لا يوجد فرق بين التوزيعات) يمكن رفضها، ويمكن رفض الفرضية البديلة (يمكن قبول التوزيعات التي يوجد فرق بينها، وذلك بمستوى الثقة المحدد. إذا انخفضت إحصائية الاختبار عن الحد الأدنىإذا كانت القيمة، فلا يمكن التوصل إلى استنتاج واضح، ويتم دعم الفرضية الصفرية (نفشل في رفض الفرضية الصفرية)، على الرغم من أنها ليست مقبولة بالضرورة.
اختبار مدى ملاءمة التوزيع
توزيع منتظم منفصل
في هذه الحالةيتم تقسيم الملاحظات بينالخلايا. يتمثل أحد التطبيقات البسيطة في اختبار الفرضية القائلة بأنه في عموم السكان، ستظهر القيم في كل خلية بنفس التردد. وبالتالي، يتم حساب "التردد النظري" لأي خلية (في ظل الفرضية الصفرية للتوزيع المنتظم المنفصل ) على النحو التالي: وانخفاض درجات الحرية هو، نظرياً بسبب الترددات المرصودةيجب أن يكون مجموعها مساوياً لـ.
ومن الأمثلة المحددة لتطبيقاته تطبيقه لاختبار رتبة السجل.
توزيعات أخرى
عند اختبار ما إذا كانت المشاهدات متغيرات عشوائية ينتمي توزيعها إلى عائلة معينة من التوزيعات، يتم حساب "التكرارات النظرية" باستخدام توزيع من تلك العائلة مُلائم بطريقة قياسية. ويتم حساب انخفاض درجات الحرية على النحو التالي:، أينيمثل عدد المعاملات المستخدمة في ملاءمة التوزيع. على سبيل المثال، عند فحص توزيع جاما المعمم ذي الثلاثة معاملات ،وعند التحقق من التوزيع الطبيعي (حيث تكون المعلمات هي المتوسط والانحراف المعياري)،وعند التحقق من توزيع بواسون (حيث تكون المعلمة هي القيمة المتوقعة)،وبالتالي، سيكون هناكدرجات الحرية، حيثهو عدد الفئات.
لا تعتمد درجات الحرية على عدد المشاهدات كما هو الحال في توزيع t للطالب أو توزيع F. على سبيل المثال، عند اختبار نزاهة نرد سداسي الأوجه، ستكون هناك خمس درجات حرية لوجود ست فئات أو معلمات (كل رقم)؛ ولا يؤثر عدد مرات رمي النرد على عدد درجات الحرية.
حساب إحصائية الاختبار

| درجات الحرية | احتمال أقل من القيمة الحرجة | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 0.90 | 0.95 | 0.975 | 0.99 | 0.999 | |
| 1 | 2.706 | 3.841 | 5.024 | 6.635 | 10.828 |
| 2 | 4.605 | 5.991 | 7.378 | 9.210 | 13.816 |
| 3 | 6.251 | 7.815 | 9.348 | 11.345 | 16.266 |
| 4 | 7.779 | 9.488 | 11.143 | 13.277 | 18.467 |
| 5 | 9.236 | 11.070 | 12.833 | 15.086 | 20.515 |
| 6 | 10.645 | 12.592 | 14.449 | 16.812 | 22.458 |
| 7 | 12.017 | 14.067 | 16.013 | 18.475 | 24.322 |
| 8 | 13.362 | 15.507 | 17.535 | 20.090 | 26.125 |
| 9 | 14.684 | 16.919 | 19.023 | 21.666 | 27.877 |
| 10 | 15.987 | 18.307 | 20.483 | 23.209 | 29.588 |
| 11 | 17.275 | 19.675 | 21.920 | 24.725 | 31.264 |
| 12 | 18.549 | 21.026 | 23.337 | 26.217 | 32.910 |
| 13 | 19.812 | 22.362 | 24.736 | 27.688 | 34.528 |
| 14 | 21.064 | 23.685 | 26.119 | 29.141 | 36.123 |
| 15 | 22.307 | 24.996 | 27.488 | 30.578 | 37.697 |
| 16 | 23.542 | 26.296 | 28.845 | 32000 | 39.252 |
| 17 | 24.769 | 27.587 | 30.191 | 33.409 | 40.790 |
| 18 | 25.989 | 28.869 | 31.526 | 34.805 | 42.312 |
| 19 | 27.204 | 30.144 | 32.852 | 36.191 | 43.820 |
| 20 | 28.412 | 31.410 | 34.170 | 37.566 | 45.315 |
| 21 | 29.615 | 32.671 | 35.479 | 38.932 | 46.797 |
| 22 | 30.813 | 33.924 | 36.781 | 40.289 | 48.268 |
| 23 | 32.007 | 35.172 | 38.076 | 41.638 | 49.728 |
| 24 | 33.196 | 36.415 | 39.364 | 42.980 | 51.179 |
| 25 | 34.382 | 37.652 | 40.646 | 44.314 | 52.620 |
| 26 | 35.563 | 38.885 | 41.923 | 45.642 | 54.052 |
| 27 | 36.741 | 40.113 | 43.195 | 46.963 | 55.476 |
| 28 | 37.916 | 41.337 | 44.461 | 48.278 | 56.892 |
| 29 | 39.087 | 42.557 | 45.722 | 49.588 | 58.301 |
| 30 | 40.256 | 43.773 | 46.979 | 50.892 | 59.703 |
| 31 | 41.422 | 44.985 | 48.232 | 52.191 | 61.098 |
| 32 | 42.585 | 46.194 | 49.480 | 53.486 | 62.487 |
| 33 | 43.745 | 47.400 | 50.725 | 54.776 | 63.870 |
| 34 | 44.903 | 48.602 | 51.966 | 56.061 | 65.247 |
| 35 | 46.059 | 49.802 | 53.203 | 57.342 | 66.619 |
| 36 | 47.212 | 50.998 | 54.437 | 58.619 | 67.985 |
| 37 | 48.363 | 52.192 | 55.668 | 59.893 | 69.347 |
| 38 | 49.513 | 53.384 | 56.896 | 61.162 | 70.703 |
| 39 | 50.660 | 54.572 | 58.120 | 62.428 | 72.055 |
| 40 | 51.805 | 55.758 | 59.342 | 63.691 | 73.402 |
| 41 | 52.949 | 56.942 | 60.561 | 64.950 | 74.745 |
| 42 | 54.090 | 58.124 | 61.777 | 66.206 | 76.084 |
| 43 | 55.230 | 59.304 | 62.990 | 67.459 | 77.419 |
| 44 | 56.369 | 60.481 | 64.201 | 68.710 | 78.750 |
| 45 | 57.505 | 61.656 | 65.410 | 69.957 | 80.077 |
| 46 | 58.641 | 62.830 | 66.617 | 71.201 | 81.400 |
| 47 | 59.774 | 64.001 | 67.821 | 72.443 | 82.720 |
| 48 | 60.907 | 65.171 | 69.023 | 73.683 | 84.037 |
| 49 | 62.038 | 66.339 | 70.222 | 74.919 | 85.351 |
| 50 | 63.167 | 67.505 | 71.420 | 76.154 | 86.661 |
| 51 | 64.295 | 68.669 | 72.616 | 77.386 | 87.968 |
| 52 | 65.422 | 69.832 | 73.810 | 78.616 | 89.272 |
| 53 | 66.548 | 70.993 | 75.002 | 79.843 | 90.573 |
| 54 | 67.673 | 72.153 | 76.192 | 81.069 | 91.872 |
| 55 | 68.796 | 73.311 | 77.380 | 82.292 | 93.168 |
| 56 | 69.919 | 74.468 | 78.567 | 83.513 | 94.461 |
| 57 | 71.040 | 75.624 | 79.752 | 84.733 | 95.751 |
| 58 | 72.160 | 76.778 | 80.936 | 85.950 | 97.039 |
| 59 | 73.279 | 77.931 | 82.117 | 87.166 | 98.324 |
| 60 | 74.397 | 79.082 | 83.298 | 88.379 | 99.607 |
| 61 | 75.514 | 80.232 | 84.476 | 89.591 | 100.888 |
| 62 | 76.630 | 81.381 | 85.654 | 90.802 | 102.166 |
| 63 | 77.745 | 82.529 | 86.830 | 92.010 | 103.442 |
| 64 | 78.860 | 83.675 | 88.004 | 93.217 | 104.716 |
| 65 | 79.973 | 84.821 | 89.177 | 94.422 | 105.988 |
| 66 | 81.085 | 85.965 | 90.349 | 95.626 | 107.258 |
| 67 | 82.197 | 87.108 | 91.519 | 96.828 | 108.526 |
| 68 | 83.308 | 88.250 | 92.689 | 98.028 | 109.791 |
| 69 | 84.418 | 89.391 | 93.856 | 99.228 | 111.055 |
| 70 | 85.527 | 90.531 | 95.023 | 100.425 | 112.317 |
| 71 | 86.635 | 91.670 | 96.189 | 101.621 | 113.577 |
| 72 | 87.743 | 92.808 | 97.353 | 102.816 | 114.835 |
| 73 | 88.850 | 93.945 | 98.516 | 104.010 | 116.092 |
| 74 | 89.956 | 95.081 | 99.678 | 105.202 | 117.346 |
| 75 | 91.061 | 96.217 | 100.839 | 106.393 | 118.599 |
| 76 | 92.166 | 97.351 | 101.999 | 107.583 | 119.850 |
| 77 | 93.270 | 98.484 | 103.158 | 108.771 | 121.100 |
| 78 | 94.374 | 99.617 | 104.316 | 109.958 | 122.348 |
| 79 | 95.476 | 100.749 | 105.473 | 111.144 | 123.594 |
| 80 | 96.578 | 101.879 | 106.629 | 112.329 | 124.839 |
| 81 | 97.680 | 103.010 | 107.783 | 113.512 | 126.083 |
| 82 | 98.780 | 104.139 | 108.937 | 114.695 | 127.324 |
| 83 | 99.880 | 105.267 | 110.090 | 115.876 | 128.565 |
| 84 | 100.980 | 106.395 | 111.242 | 117.057 | 129.804 |
| 85 | 102.079 | 107.522 | 112.393 | 118.236 | 131.041 |
| 86 | 103.177 | 108.648 | 113.544 | 119.414 | 132.277 |
| 87 | 104.275 | 109.773 | 114.693 | 120.591 | 133.512 |
| 88 | 105.372 | 110.898 | 115.841 | 121.767 | 134.746 |
| 89 | 106.469 | 112.022 | 116.989 | 122.942 | 135.978 |
| 90 | 107.565 | 113.145 | 118.136 | 124.116 | 137.208 |
| 91 | 108.661 | 114.268 | 119.282 | 125.289 | 138.438 |
| 92 | 109.756 | 115.390 | 120.427 | 126.462 | 139.666 |
| 93 | 110.850 | 116.511 | 121.571 | 127.633 | 140.893 |
| 94 | 111.944 | 117.632 | 122.715 | 128.803 | 142.119 |
| 95 | 113.038 | 118.752 | 123.858 | 129.973 | 143.344 |
| 96 | 114.131 | 119.871 | 125.000 | 131.141 | 144.567 |
| 97 | 115.223 | 120.990 | 126.141 | 132.309 | 145.789 |
| 98 | 116.315 | 122.108 | 127.282 | 133.476 | 147.010 |
| 99 | 117.407 | 123.225 | 128.422 | 134.642 | 148.230 |
| 100 | 118.498 | 124.342 | 129.561 | 135.807 | 149.449 |
قيمة إحصائية الاختبار هي
أين
- = إحصائية اختبار بيرسون التراكمية، والتي تقترب بشكل مقارب من aتوزيع .
- = عدد الملاحظات من النوع i .
- = إجمالي عدد المشاهدات
- = العدد المتوقع (النظري) للنوع i ، الذي تؤكده الفرضية الصفرية القائلة بأن نسبة النوع i في المجتمع هي
- = عدد الخلايا في الجدول.
يمكن بعد ذلك استخدام إحصائية مربع كاي لحساب قيمة الاحتمال (p-value) عن طريق مقارنة قيمة الإحصائية بتوزيع مربع كاي . عدد درجات الحرية يساوي عدد الخلايا.، مطروحًا منه انخفاض درجات الحرية،.
يمكن أيضًا حساب إحصائية مربع كاي على النحو التالي:
هذه النتيجة هي نتيجة لنظرية ذات الحدين.
تكون النتيجة المتعلقة بعدد درجات الحرية صحيحة عندما تكون البيانات الأصلية متعددة الحدود، وبالتالي تكون المعلمات المُقدَّرة فعالة في تقليل إحصائية مربع كاي. ولكن بشكل عام، عندما لا يتطابق تقدير الاحتمال الأقصى مع تقدير مربع كاي الأدنى، فإن التوزيع سيقع في مكان ما بين توزيع مربع كاي ذيودرجات الحرية (انظر على سبيل المثال Chernoff و Lehmann، 1954).
أظهر اختبار مربع كاي وجود ارتباط ذي دلالة إحصائية بين مستوى التعليم المُنجز والالتزام بالفحوصات الدورية (χ²(3) = 14.6090، p = 0.002). وتشير النسب إلى أنه مع ارتفاع مستوى التعليم، تزداد نسبة الأفراد الذين يلتزمون بالفحوصات الدورية. تحديدًا، يلتزم خريجو الجامعات والكليات بالفحوصات الدورية بنسبة أعلى (31.52%) مقارنةً بمن لم يُكملوا المرحلة الثانوية (8.44%). قد تُشير هذه النتيجة إلى أن ارتفاع مستوى التعليم يرتبط بزيادة احتمالية تبني سلوكيات تُعزز الصحة، مثل الالتزام بالفحوصات الدورية.
طريقة بايز
في الإحصاء البايزي ، يُستخدم توزيع ديريشليه كتوزيع مسبق مترافق . أما إذا تم استخدام توزيع مسبق منتظم، فإن تقدير الاحتمال الأقصى لاحتمالية المجتمع هو الاحتمالية المرصودة، ويمكن حساب منطقة موثوقية حول هذا التقدير أو تقدير آخر.
اختبار الاستقلال الإحصائي
في هذه الحالة، تتكون "الملاحظة" من قيم نتيجتين، والفرضية الصفرية هي أن حدوث هاتين النتيجتين مستقل إحصائيًا . تُخصص كل ملاحظة لخلية واحدة من مصفوفة ثنائية الأبعاد (تُسمى جدول التوافق ) وفقًا لقيم النتيجتين. إذا كان الجدول يحتوي على r صفًا و c عمودًا، فإن "التكرار النظري" لخلية ما، بافتراض استقلال النتائج، هو
أينيمثل حجم العينة الإجمالي (مجموع جميع الخلايا في الجدول)، و
يمثل هذا الجزء نسبة المشاهدات من النوع i مع تجاهل سمة العمود (نسبة إجمالي الصفوف)، و
يمثل هذا النسبة المئوية للملاحظات من النوع j مع تجاهل سمة الصف (نسبة إجمالي العمود). يشير مصطلح " التكرارات " إلى الأرقام المطلقة وليس إلى القيم المعيارية.
قيمة إحصائية الاختبار هي
لاحظ أنيساوي صفرًا إذا وفقط إذاأي فقط إذا كان العدد المتوقع والعدد الحقيقي للملاحظات متساويين في جميع الخلايا.
يؤدي تطبيق نموذج "الاستقلال" إلى تقليل عدد درجات الحرية بمقدار p = r + c − 1. ويساوي عدد درجات الحرية عدد الخلايا rc ، مطروحًا منه مقدار النقص في درجات الحرية، p ، والذي يُختزل إلى ( r − 1)( c − 1) .
في اختبار الاستقلال، المعروف أيضًا باختبار التجانس، يُفسَّر احتمال مربع كاي الأقل من أو يساوي 0.05 (أو قيمة إحصائية مربع كاي عند أو أكبر من النقطة الحرجة 0.05) عادةً من قِبَل الباحثين التطبيقيين على أنه مبرر لرفض الفرضية الصفرية التي تنص على أن متغير الصف مستقل عن متغير العمود. [ 6 ] أما الفرضية البديلة فتتعلق بوجود ارتباط أو علاقة بين المتغيرات، دون تحديد طبيعة هذه العلاقة.
الافتراضات
اختبار مربع كاي، عند استخدامه مع التقريب القياسي بأن توزيع مربع كاي قابل للتطبيق، له الافتراضات التالية: [ 7 ]
- عينة عشوائية بسيطة
- تُعدّ بيانات العينة عينة عشوائية من توزيع أو مجتمع إحصائي ثابت، حيث يكون لكل مجموعة من أفراد المجتمع الإحصائي ذي حجم العينة المحدد احتمال متساوٍ للاختيار. وقد طُوّرت صيغ مختلفة من الاختبار للعينات المعقدة، مثل تلك التي تُرجّح فيها البيانات. ويمكن استخدام أشكال أخرى، مثل أخذ العينات الهادفة . [ 8 ]
- حجم العينة (الجدول بأكمله)
- يُفترض وجود عينة ذات حجم كبير بما فيه الكفاية. إذا أُجري اختبار مربع كاي على عينة أصغر حجمًا، فسيؤدي ذلك إلى استنتاج غير دقيق. قد يقع الباحث، باستخدام اختبار مربع كاي على عينات صغيرة، في خطأ من النوع الثاني . يُفضّل استخدام اختبار كاش للعينات الصغيرة . [ 9 ] [ 10 ]
- عدد الخلايا المتوقع
- عدد الخلايا المتوقع كافٍ. تتطلب بعض الجداول 5 خلايا أو أكثر، بينما تتطلب جداول أخرى 10 خلايا أو أكثر. القاعدة العامة هي وجود 5 خلايا أو أكثر في جميع خلايا الجدول ذي المصفوفة 2×2، و5 خلايا أو أكثر في 80% من خلايا الجداول الأكبر حجمًا، مع عدم وجود أي خلية بعدد متوقع يساوي صفرًا. عند عدم استيفاء هذا الشرط، يتم تطبيق تصحيح ييتس .
- استقلال
- يُفترض دائمًا أن المشاهدات مستقلة عن بعضها البعض. وهذا يعني أنه لا يمكن استخدام اختبار مربع كاي لاختبار البيانات المترابطة (مثل الأزواج المتطابقة أو بيانات اللوحات). في هذه الحالات، قد يكون اختبار ماكنيمار أكثر ملاءمة.
يُعد اختبار فيشر الدقيق اختبارًا يعتمد على افتراضات مختلفة ؛ فإذا تحقق افتراضه بثبات التوزيعات الهامشية، يكون أكثر دقة في تحديد مستوى الدلالة، لا سيما مع قلة عدد المشاهدات. في الغالبية العظمى من التطبيقات، لا يتحقق هذا الافتراض، وبالتالي يكون اختبار فيشر الدقيق متحفظًا للغاية وغير شامل بشكل صحيح. [ 11 ]
الاشتقاق
يتم تقريب التوزيع الصفري لإحصائية بيرسون مع j صفوف و k أعمدة بواسطة توزيع كاي تربيع مع ( k − 1)( j − 1) درجة حرية. [ 12 ]
ينشأ هذا التقريب كتوزيع حقيقي، في ظل الفرضية الصفرية، إذا كانت القيمة المتوقعة معطاة بتوزيع متعدد الحدود . بالنسبة لأحجام العينات الكبيرة، تنص نظرية النهاية المركزية على أن هذا التوزيع يميل نحو توزيع طبيعي متعدد المتغيرات معين .
خليتين
في الحالة الخاصة التي لا يوجد فيها سوى خليتين في الجدول، فإن القيم المتوقعة تتبع التوزيع ذي الحدين . أين
- p = الاحتمالية، في ظل الفرضية الصفرية،
- ن = عدد المشاهدات في العينة.
في المثال أعلاه، الاحتمال المفترض لملاحظة ذكر هو 0.5، مع 100 عينة. وبالتالي نتوقع ملاحظة 50 ذكراً.
إذا كانت قيمة n كبيرة بما يكفي، فيمكن تقريب التوزيع ذي الحدين المذكور أعلاه بتوزيع غاوسي (طبيعي)، وبالتالي فإن إحصائية اختبار بيرسون تقارب توزيع كاي تربيع.
لنفترض أن O1 هو عدد المشاهدات من العينة الموجودة في الخلية الأولى. يمكن التعبير عن إحصائية اختبار بيرسون على النحو التالي: والذي يمكن التعبير عنه بدوره على النحو التالي
بالتقريب الطبيعي للتوزيع ذي الحدين، يكون هذا مربع متغير طبيعي معياري واحد، وبالتالي فهو موزع كتوزيع كاي تربيع بدرجة حرية واحدة. لاحظ أن المقام هو انحراف معياري واحد للتقريب الغاوسي، لذا يمكن كتابته على النحو التالي:
لذا، بما يتوافق مع معنى توزيع مربع كاي، فإننا نقيس مدى احتمالية عدد الانحرافات المعيارية الملاحظة بعيدًا عن المتوسط في ظل التقريب الغاوسي (وهو تقريب جيد لـ n كبير ).
ثم يتم دمج توزيع مربع كاي على يمين قيمة الإحصائية للحصول على قيمة p ، والتي تساوي احتمال الحصول على إحصائية مساوية أو أكبر من الإحصائية الملاحظة، بافتراض الفرضية الصفرية.
جداول الطوارئ ثنائية الأبعاد
عند تطبيق الاختبار على جدول طوارئ يحتوي على صفين وعمودين، يكون الاختبار مكافئًا لاختبار Z للنسب.
العديد من الخلايا
تؤدي حجج مشابهة لما سبق إلى النتيجة المرجوة، وإن كانت التفاصيل أكثر تعقيدًا. يمكن تطبيق تغيير متعامد للمتغيرات لتحويل الحدود الحدية في إحصائية الاختبار إلى مربع واحد أقل من المتغيرات العشوائية الطبيعية المعيارية المستقلة والمتطابقة التوزيع. [ 13 ]
لنثبت الآن أن التوزيع يقترب بالفعل بشكل تقاربي منالتوزيع عندما يقترب عدد المشاهدات من اللانهاية.
يتركليكن عدد المشاهدات،عدد الخلايا واحتمال وقوع الملاحظة في الخلية رقم i ، لـنرمز بـالتكوين حيث يوجد لكل iالملاحظات في الخلية رقم i . لاحظ أن
يتركليكن إحصائية اختبار بيرسون التراكمية لمثل هذا التكوين، وليكنليكن توزيع هذه الإحصائية. سنبين أن الاحتمال الأخير يقترب منالتوزيع معدرجات الحرية، كما
لأي قيمة عشوائية T:
سنستخدم إجراءً مشابهًا للتقريب الوارد في نظرية دي موافر-لابلاس . مساهمات من صغيرةوهي من الدرجة الثانية فيوبالتالي بالنسبة للأحجام الكبيرةيمكننا استخدام صيغة ستيرلينغ لكليهماوللحصول على ما يلي:
عن طريق استبدال قد نقترب من القيم الكبيرةالمجموع علىبواسطة التكامل علىمع ملاحظة أن نصل إلى أينهي المجموعة المعرفة من خلال.
عن طريق توسيع اللوغاريتم وأخذ الحدود الرئيسية في، نحصل
معامل بيرسون تشي،، هو بالضبط وسيط الأس (باستثناء −1/2؛ لاحظ أن الحد الأخير في وسيط الأس يساوي).
يمكن كتابة هذه الحجة على النحو التالي
هو متناظر منتظمالمصفوفة، وبالتالي قابلة للتقطير . لذلك من الممكن إجراء تغيير خطي للمتغيرات فيحتى الحصول علىمتغيرات جديدةلهذا السبب.
هذا التغيير الخطي للمتغيرات لا يعدو كونه ضربًا للتكامل في مصفوفة جاكوبية ثابتة ، فنحصل على حيث C ثابت.
هذا هو احتمال أن يكون مجموع مربعاتستكون المتغيرات المستقلة ذات التوزيع الطبيعي بمتوسط صفر وتباين واحد أكبر من T ، أي أنمعدرجات الحرية أكبر من T.
وهكذا فقد أثبتنا أنه عند الحد حيثيقترب توزيع مربع كاي لبيرسون من توزيع مربع كاي معدرجات الحرية.
يوجد اشتقاق بديل في صفحة التوزيع متعدد الحدود .
أمثلة
عدالة النرد
تم رمي نرد سداسي الأوجه 60 مرة. عدد المرات التي ظهر فيها الرقم 1، 2، 3، 4، 5، و6 هو 5، 8، 9، 8، 10، و20 مرة على التوالي. هل النرد متحيز، وفقًا لاختبار مربع كاي لبيرسون عند مستوى دلالة 95% و/أو 99%؟
الفرضية الصفرية هي أن النرد غير متحيز، وبالتالي من المتوقع أن يظهر كل رقم نفس عدد المرات، وفي هذه الحالة، 60 / ن = 10. ويمكن جدولة النتائج على النحو التالي :
| 1 | 5 | 10 | - 5 | 25 |
| 2 | 8 | 10 | -2 | 4 |
| 3 | 9 | 10 | - 1 | 1 |
| 4 | 8 | 10 | -2 | 4 |
| 5 | 10 | 10 | 0 | 0 |
| 6 | 20 | 10 | 10 | 100 |
| مجموع | 134 | |||
ثم نستشير جدول القيم الحرجة للذيل العلوي لتوزيع كاي تربيع ، حيث تشير القيمة الجدولية إلى مجموع مربعات المتغيرات مقسومًا على النتائج المتوقعة. بالنسبة للمثال الحالي، هذا يعني
هذه هي النتيجة التجريبية التي نرغب في تقدير مدى احتمالية حدوثها (مع نرد عادل).
| درجات الحرية | احتمال أقل من القيمة الحرجة | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 0.90 | 0.95 | 0.975 | 0.99 | 0.999 | |
| 5 | 9.236 | 11.070 | 12.833 | 15.086 | 20.515 |
يقع المجموع التجريبي البالغ 13.4 بين القيمتين الحرجتين لمستوى الدلالة أو الثقة ( قيمة الاحتمال ) 97.5% و99%. وبالتحديد، فإن الحصول على 20 رمية للرقم 6، في حين أن القيمة المتوقعة هي 10 فقط، أمر غير مرجح باستخدام نرد متوازن.
اختبار مربع كاي لجودة المطابقة
في هذا السياق، تُعتبر ترددات كل من التوزيعات النظرية والتجريبية أعدادًا غير مُعَيَّرة، وبالنسبة لاختبار مربع كاي، فإن أحجام العينات الإجماليةيجب أن تكون قيم كلا التوزيعين (مجموع جميع خلايا جداول الطوارئ المقابلة ) متطابقة.
على سبيل المثال، لاختبار فرضية أن عينة عشوائية مكونة من 100 شخص قد سُحبت من مجتمع يتساوى فيه عدد الرجال والنساء، تتم مقارنة العدد الفعلي للرجال والنساء بالعدد النظري البالغ 50 رجلاً و50 امرأة. فإذا كان عدد الرجال في العينة 44 وعدد النساء 56، فإن
إذا كانت الفرضية الصفرية صحيحة (أي يتم اختيار الرجال والنساء باحتمالية متساوية)، فسيتم سحب إحصائية الاختبار من توزيع مربع كاي بدرجة حرية واحدة (لأنه إذا كان تردد الذكور معروفًا، فسيتم تحديد تردد الإناث).
تشير دراسة توزيع كاي تربيع بدرجة حرية واحدة إلى أن احتمال ملاحظة هذا الفرق (أو فرق أكبر منه) إذا كان عدد الرجال والنساء متساوياً في المجتمع يبلغ حوالي 0.23. هذا الاحتمال أعلى من المعايير المتعارف عليها للدلالة الإحصائية (0.01 أو 0.05)، لذا لا نرفض عادةً الفرضية الصفرية التي تنص على أن عدد الرجال في المجتمع يساوي عدد النساء (أي أننا نعتبر عيّنتنا ضمن النطاق المتوقع لنسبة 50/50 بين الذكور والإناث).
اختبار مربع كاي للتجانس
يُستخدم اختبار مربع كاي لتجانس النسب (أي مقارنة النسب بين المجموعات في جدول التوافق) بشكل متكرر للتحقق مما إذا كانت صفوف جدول توافق معين غير سالبةمصفوفة الطوارئمتناسبة.
يعتبرتم تصنيف نتائج التجارب متعددة الحدود وفقًا لمعيارين: العضوية في أحدالمجموعات والتعيين إلى واحدة منيمكن تصنيف النتائج في فئات.جدول الطوارئ، حيثيشير إلى التكرار الملاحظ في الصفوالعمود، مع إجمالي الصفوفإجمالي الأعمدةوالمجموع الكلي.
يتركيشير إلى التردد الملاحظ في الخلية المقابلة للصفوالعمود، لوحدد مجموع الصفوف
مجموع الأعمدة
والمجموع الكلي
الفرضية الصفرية هي
أينيشير إلى نسبة الأفراد في المجموعةيندرج ضمن الفئة، معلكل.
تحتالتردد المتوقع في الخليةيكون
ثم تكون إحصائية اختبار مربع كاي لبيرسون
على سبيل المثال، لنفترض وجود مجموعتين من الطلاب (المجموعة 1 والمجموعة 2) وثلاثة تفضيلات للدراسة (بمفردك، مع الأقران، دروس خصوصية).يشير إلى التردد الملاحظ في الصف(تفضيل) والعمود(مجموعة).
الترددات المرصودة هي كما يلي:
| التفضيل | المجموعة 1 | المجموعة الثانية | إجمالي الصف |
|---|---|---|---|
| وحيد | 12 | 8 | 20 |
| مع الأقران | 18 | 22 | 40 |
| الدروس الخصوصية | 10 | 30 | 40 |
| إجمالي العمود | 40 | 60 | 100 |
في ظل الفرضية الصفرية، تكون الصفوف متناسبة بين المجموعات.
يتم حساب الترددات المتوقعة باستخدام:
أينهو مجموع الصف،هو مجموع العمود، وهذا هو المجموع الكلي.
على سبيل المثال، بالنسبة للصف الأول والعمود الأول:
الترددات المتوقعة هي:
| التفضيل | المجموعة 1 | المجموعة الثانية |
|---|---|---|
| وحيد | 8 | 12 |
| مع الأقران | 16 | 24 |
| الدروس الخصوصية | 16 | 24 |
إذن، تكون إحصائية مربع كاي لبيرسون كما يلي:
معدرجات الحرية، يمكن مقارنة هذه القيمة بتوزيع مربع كاي لاختبار الفرضية الصفرية.
عيوب الاختبار
يفشل تقريب توزيع كاي تربيع إذا كانت التكرارات المتوقعة منخفضة للغاية. [ 14 ] [ 15 ]
عادةً ما يكون ذلك مقبولاً طالما أن نسبة الأحداث ذات الترددات المتوقعة الأقل من 5 لا تتجاوز 20%. [ 7 ] عندما تكون هناك درجة حرية واحدة فقط، فإن التقريب غير موثوق به إذا كانت الترددات المتوقعة أقل من 10. في هذه الحالة، يمكن الحصول على تقريب أفضل عن طريق تقليل القيمة المطلقة لكل فرق بين الترددات المرصودة والمتوقعة بمقدار 0.5 قبل التربيع؛ وهذا ما يسمى تصحيح ييتس للاستمرارية .
في الحالات التي تكون فيها القيمة المتوقعة (E) صغيرة (مما يشير إلى احتمالية منخفضة في المجتمع الإحصائي، و/أو عدد قليل من المشاهدات)، قد يفشل التقريب الطبيعي للتوزيع متعدد الحدود، وفي هذه الحالة، يكون من الأنسب استخدام اختبار G ، وهو إحصائية اختبار تعتمد على نسبة الاحتمال . عندما يكون حجم العينة الإجمالي صغيرًا، من الضروري استخدام اختبار دقيق مناسب، عادةً ما يكون إما اختبار ذي الحدين أو، بالنسبة لجداول التوافق ، اختبار فيشر الدقيق . يستخدم هذا الاختبار التوزيع الشرطي لإحصائية الاختبار بالنظر إلى المجاميع الهامشية، وبالتالي يفترض أن الهوامش قد حُددت قبل الدراسة؛ وتُعد البدائل، مثل اختبار بوشلو، التي لا تفترض ذلك، أكثر قوة بشكل عام .
في اختبار بيرسون للتجانس، إذا كانت جميع عناصر المصفوفةيتم ضربها بثابت موجبيتم أيضًا ضرب إحصائية مربع كاي لبيرسون بـ:
لذلك، إذا كانت جميع صفوفمتناسبة تمامًا،
لأيوأي مستوى من الأهمية. خلاف ذلك،يمكن أن تصبح كبيرة أو صغيرة بشكل تعسفييزداد أو ينقص. وبالتالي، عند مستوى دلالة ثابت، الفرضية الصفريةسيتم رفضها بثقةمتىكبيرة بما يكفي، ولا يتم رفضها عندماصغير بما فيه الكفاية. [ 15 ] أي أن إحصائية مربع كاي تزداد خطيًا عندما يتم ضرب جدول التوافق بأكمله بعامل ثابت، مما يعكس التناسب النسبي بين التكرارات الملاحظة والمتوقعة.
يمكن إثبات أنالاختبار هو تقريب منخفض الرتبة لـاختبار. [ 16 ] تتضح الأسباب المذكورة أعلاه للمشاكل المذكورة أعلاه عند دراسة الحدود ذات الرتبة الأعلى.
انظر أيضاً
- مخطط كاي تربيع
- معامل كرامر V – مقياس للارتباط في اختبار مربع كاي
- درجات الحرية (الإحصاءات)
- الانحراف (الإحصاء) ، وهو مقياس آخر لجودة المطابقة
- اختبار فيشر الدقيق
- اختبار G ، وهو اختبار يُعتبر اختبار مربع كاي تقريبًا له.
- نسبة ليكسيس ، وهي إحصائية سابقة، تم استبدالها باختبار مربع كاي.
- اختبار مان-ويتني يو
- اختبار الوسيط
- تقدير مربع كاي الأدنى
- إحصائية مربع كاي المخفضة
- اختبار Z لنسبتين
ملحوظات
- ↑ بيرسون، كارل (1900). "حول معيار أن نظامًا معينًا من الانحرافات عن الاحتمال في حالة نظام متغيرات مترابطة يكون من الممكن افتراض أنه نشأ بشكل معقول عن أخذ عينات عشوائية" . المجلة الفلسفية . السلسلة 5. 50 (302): 157-175 . doi : 10.1080/14786440009463897 .
- ↑ لوكاس، أوريستيس؛ تشونغ، هو ريون (2022). "التوصيف القائم على الإنتروبيا لقيود النمذجة". arXiv : 2206.14105 [ stat.ME ].
- ↑ لوكاس، أوريستيس؛ تشونغ، هو ريون (2023). "التجريبية الكاملة: التعلم من البيانات". arXiv : 2311.08315 [ math.ST ].
- 1 2 3 ديفيد إي. بوك، بول إف. فيلمان، ريتشارد دي. دي فو (2007). "الإحصاء، نمذجة العالم"، الصفحات 606-627، بيرسون أديسون ويسلي، بوسطن، ISBN 0-13-187621-X
- ↑ "1.3.6.7.4. القيم الحرجة لتوزيع كاي تربيع" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أكتوبر 2014 .
- ↑ "القيم الحرجة لتوزيع كاي تربيع" . دليل NIST/SEMATECH الإلكتروني للأساليب الإحصائية . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.
- 1 2 ماكهيو، ماري (15 يونيو 2013). "اختبار مربع كاي للاستقلال" . بيوكيميا ميديكا . 23 (2): 143-149 . doi : 10.11613/BM.2013.018 . PMC 3900058. PMID 23894860 .
- ↑ انظر: فيلد، آندي. اكتشاف الإحصاءات باستخدام برنامج SPSS .للافتراضات المتعلقة باختبار مربع كاي.
- ↑ كاش، و. (1979). "تقدير المعلمات في علم الفلك من خلال تطبيق نسبة الاحتمال" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 228 : 939. Bibcode : 1979ApJ...228..939C . doi : 10.1086/156922 . ISSN 0004-637X .
- ↑ "إحصاءات النقد والتنبؤ المستقبلي" . hesperia.gsfc.nasa.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أكتوبر 2021 .
- ↑ "صياغة بايزية لتحليل البيانات الاستكشافي واختبار جودة المطابقة" (ملف PDF) . المجلة الإحصائية الدولية. ص 375.
- ↑ الإحصاء للتطبيقات. MIT OpenCourseWare . المحاضرة 23. نظرية بيرسون. تم الاطلاع بتاريخ 21 مارس 2007.
- ↑ بنهامو، إريك؛ ميلوت، فالنتين (3 سبتمبر 2018). "سبعة براهين لاختبار بيرسون كاي تربيع للاستقلال وتفسيره البياني". الصفحات 5-6 . arXiv : 1808.09171 [ math.ST ].
- ↑ فرانك، تي إم؛ هو، تي؛ كريستي، سي إيه (2012). "اختبار مربع كاي: كثير الاستخدام وكثيرًا ما يُساء تفسيره". المجلة الأمريكية للتقييم . 33 (3): 448-458 .
- 1 2 غورفيتش، ف.؛ ناوموفا، م. (2025). "قضايا حرجة في اختبار مربع كاي لبيرسون" . الأساليب الرياضية الحديثة . 3 (2): 101-109 . doi : 10.64700/mmm.75 .
- ↑ جاينز، إي تي (2003). نظرية الاحتمالات: منطق العلم . سي. مطبعة الجامعة. ص 298. ISBN 978-0-521-59271-0.( الرابط يؤدي إلى نسخة مجزأة من مارس 1996. )
مراجع
- تشيرنوف، هـ .؛ ليمان، إي إل (1954). "استخدام تقديرات الاحتمال الأقصى فياختبارات جودة المطابقة . حوليات الإحصاء الرياضي . 25 (3): 579-586 . doi : 10.1214/aoms/1177728726 .
- بلاكيت، آر. إل. (1983). "كارل بيرسون واختبار مربع كاي". المجلة الإحصائية الدولية . 51 (1). المعهد الإحصائي الدولي (ISI): 59-72 . doi : 10.2307/1402731 . JSTOR 1402731 .
- غرينوود، مهندس محترف ؛ نيكولين، ماجستير (1996). دليل لاختبار مربع كاي . نيويورك: وايلي. ISBN 0-471-55779-X.
- الاختبارات الإحصائية لجداول التوافق
- اختبار التوزيع الطبيعي
- التقريبات الإحصائية
