单因素方差分析在线计算(含两两比较与多重校正)
三组及以上的均值比较。给出 F 值、自由度、p 值、方差分析表与效应量 η², 并按需要做两两比较,p 值用 Bonferroni 或 BH 校正。
为什么不能两两做 t 检验就完事
三组两两比较有 3 次检验,四组有 6 次。每次 α=0.05,三次里至少一次假阳性的概率 约 14%,六次约 26%——远高于你以为的 5%。方差分析先用一次检验回答 「这几组里是否存在差异」,把整体假阳性率控制在 α。
方差分析显著只说明「至少有两组不同」,不告诉你是哪两组。 要定位到具体哪对, 才需要做两两比较,而那时必须对 p 值做多重检验校正。本页把这两步接在一起了。
方差分析表怎么读
SS组间 = Σ nᵢ(x̄ᵢ − x̄)² 组间平方和,反映组均值彼此差多远
SS组内 = Σ Σ (xᵢⱼ − x̄ᵢ)² 组内平方和,反映同组内部的离散
MS = SS / df 均方 = 平方和 ÷ 自由度
F = MS组间 / MS组内 两个方差的比值
F 本质上是在问:组之间的差异,比组内部的随机波动大多少倍。 F 接近 1 说明组间差异和组内噪声一个量级,没什么好说的;F 很大才值得往下看。
η²(eta squared)= SS组间 / SS总,是效应量:因素能解释总变异的比例。 p 值说明差异有多不像随机,η² 说明差异有多大。样本量大时微小差异也能给出很小的 p 值。
三种方法怎么选
页面上提供三种,对应三种不同的前提:
经典 F 检验假设各组方差相等。各组样本量相近时它对这个假设比较稳健, 是默认选项。
Welch 方差分析不假设方差齐性,代价是自由度会被调低。 样本量不均衡且方差也不齐时,两者可能给出天差地别的结果—— 本页示例里有一组数据,经典 F 给出 p=6.5×10⁻⁷,Welch 给出 p=0.0058, 差了两个数量级。这种情况下经典 F 的小 p 值是假象。
Kruskal-Wallis 是非参数版本,比较的是秩而不是均值, 不依赖正态假设。数据明显偏态、含极端值或本身是等级资料时用它。 它是 Mann-Whitney U 在三组以上的推广。
两个必须知道的假设
各组方差应大致相等(方差齐性)。 本页的 F 检验假设方差齐性。 各组样本量相近时,方差分析对这个假设比较稳健;样本量差别大且方差也差别大时, 结果不可靠,应改用 Welch 方差分析或非参数的 Kruskal-Wallis 检验。
观测要相互独立。 同一个体的重复测量不满足独立性,需要用重复测量方差分析 或混合效应模型,不能直接套本页的算法。
两两比较用哪种校正
Bonferroni 最保守:把每个 p 乘以比较次数。比较次数少(3~6 次)时它够用, 且解释起来最简单。
BH(Benjamini-Hochberg) 控制的是假发现率,比 Bonferroni 宽松, 比较次数多时更有效。两种都在下面给出,可以直接对照。
常见问题
方差分析显著了,接下来该怎么办?
方差分析只回答「至少有两组不同」,不指明是哪两组。要定位到具体哪一对,需要做两两比较,并对 p 值做多重检验校正——本页把这两步接在一起了。直接跳过方差分析、上来就两两做 t 检验是错的,那样整体假阳性率远高于 α。
Bonferroni 和 BH 该选哪个?
比较次数少(3~6 次)时 Bonferroni 够用,且解释最简单:每个 p 乘以比较次数。比较次数多时 Bonferroni 过于保守会漏掉真实差异,BH 控制假发现率、更有效。本页两种都给出,可以直接对照着看。
F 值到底在算什么?
组间差异比组内随机波动大多少倍。F 接近 1 说明两者一个量级,没什么可说的;F 很大才说明组均值的分离超出了噪声能解释的范围。它是两个方差的比值,这也是「方差分析」这个名字的由来。
方差不齐怎么办?
各组样本量相近时,方差分析对方差齐性比较稳健。样本量差别大且方差也差别大时(本页会在这种情况下给出警告),F 检验不可靠,应改用 Welch 方差分析,或非参数的 Kruskal-Wallis 检验。
为什么两两比较用 Welch 而不是合并方差?
Welch 不假设两组方差相等,更稳妥。用方差分析的合并 MS组内 作分母是另一种常见做法(等价于 Fisher LSD),它借用了全部组的信息、自由度更大,但前提是方差齐性成立。方差不齐时用 Welch 更安全,所以本页取 Welch。
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