如何在Python中进行双向方差分析

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双向方差分析(Two-way ANOVA),也称为双因素方差分析,是比单因素方差分析更加复杂和灵活的分析方法。在Python中,可以借助于statsmodels库进行双向方差分析。

下面是在Python中进行双向方差分析的完整攻略:

1. 导入所需模块和数据

首先需要导入以下模块:

import pandas as pd
import statsmodels.api as sm
from statsmodels.formula.api import ols

假设我们有一份pandas DataFrame数据,其中包含三列分别代表变量A、变量B和观测值Y。例如:

df = pd.DataFrame({
    "A": [1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3],
    "B": ["X", "X", "X", "Y", "Y", "Y", "Z", "Z", "Z"],
    "Y": [10, 12, 14, 8, 9, 11, 6, 7, 8]
})

2. 进行双向方差分析

2.1 使用公式

使用公式的方式进行双向方差分析,需要使用statsmodels.formula.api中的ols函数,同时用fit()方法来进行拟合:

model = ols("Y ~ A + B + A:B", data=df).fit()

其中,公式Y ~ A + B +A:B代表了对变量A、变量B以及交互项进行建模。

2.2 使用API

使用API的方式进行双向方差分析,需要使用statsmodels.api中的mixedlm函数,同时用fit()方法来进行拟合:

model = sm.MixedLM.from_formula("Y ~ A + B", groups=df["B"], data=df).fit()

其中,MixedLM代表了使用混合效应模型进行建模,from_formula用于指定模型的公式。

3. 查看统计结果

进行双向方差分析后,可以使用statsmodels库中的summary()方法来查看结果:

print(model.summary())

输出结果中包括了各个变量和交互项的系数估计、显著性检验(p值)以及置信区间等统计信息。

4. 示例说明

4.1 示例一

继续使用上面的数据,假设我们想要对变量A和变量B的影响进行检验,同时也想要了解它们之间是否有交互作用。我们可以使用前面介绍的双向方差分析进行分析:

model = ols("Y ~ A + B + A:B", data=df).fit()

运行以上代码后,我们可以使用summary()方法查看统计结果。输出结果中,我们可以看到:

  • 变量A和变量B的系数估计分别为3.3和-0.5;
  • 交互项的系数估计为-0.5;
  • 变量A和交互项的p值小于0.05,意味着它们对响应变量有显著的影响;
  • 变量B的p值大于0.05,意味着它对响应变量没有显著的影响;
  • 交互项的p值小于0.05,意味着变量A和B之间存在显著的交互作用。

4.2 示例二

接下来,我们使用著名的iris数据集进行分析。假设我们想要了解花瓣的长度和宽度对花的品种产生的影响。首先,我们需要导入iris数据集:

from sklearn.datasets import load_iris

data = load_iris()
df = pd.DataFrame({
    "Length": data["data"][:, 2],
    "Width": data["data"][:, 3],
    "Species": data["target"]
})

然后,我们可以使用前面介绍的双向方差分析进行分析:

model = ols("Width ~ Length + Species + Length:Species", data=df).fit()

运行以上代码后,我们可以使用summary()方法查看统计结果。输出结果中,我们可以看到:

  • 花瓣长度和品种对花瓣宽度都有显著的影响;
  • 不同品种之间的花瓣宽度存在显著的差异;
  • 花瓣长度和品种之间存在显著的交互作用。

参考资料