问题

p-p plot图不在直线上,但是有规律,怎么调整原始数据?

回答
pp plot(概率概率图)是检验数据是否符合某种理论分布(通常是正态分布)的常用工具。当 pp plot 的点不在一条直线上,而是呈现出某种有规律的偏离时,这通常意味着你的原始数据并不完全符合你假设的理论分布。

首先,我们要理解 pp plot 的原理:

pp plot 横轴代表的是样本数据的累积概率(或分位数),而纵轴代表的是你假设的理论分布(比如正态分布)在对应分位数上的理论累积概率。
如果样本数据严格符合理论分布,那么 pp plot 上的点应该精确地落在一条直线上(通常是 y=x 的直线,或者是经过特殊变换后的直线)。
当点偏离直线时,就表示样本数据的累积概率与理论分布的累积概率存在差异。

“有规律的偏离”通常意味着什么?

“有规律的偏离”是关键信息,它暗示了数据可能存在系统性的偏差,而不是纯粹的随机噪声。常见的有规律偏离模式包括:

1. S 形(香蕉形)偏离:
模式: 数据点在 pp plot 的中部紧贴直线,但在两端(最小值和最大值附近)向上或向下弯曲,整体呈现出 S 形。
可能原因:
数据两端比正态分布更“瘦”或更“胖”: 意味着数据分布的尾部比正态分布更集中(leptokurtic)或更分散(platykurtic)。
数据存在某种截断或限制: 例如,测量仪器有上限或下限,导致极端值被压缩。
数据可能服从其他分布: 比如t分布、柯西分布(重尾)、均匀分布(轻尾)等。

2. U 形偏离:
模式: 数据点在 pp plot 的中部低于直线,在两端高于直线(或反之)。
可能原因:
数据分布的双峰性: 数据可能混合了两个不同的群体,每个群体有自己的分布,导致整体分布在中间较低,两边较高。
数据存在某种非线性关系: 变量之间的关系可能不是线性的,这会影响其累积概率的形态。

3. 指数形或对数形偏离:
模式: 数据点在 pp plot 的一侧(通常是低值端或高值端)呈现出明显的指数或对数增长/衰减的趋势。
可能原因:
数据服从指数分布、对数正态分布或泊松分布: 这些分布的累积概率函数形态与正态分布有显著不同。
数据是经过变换的: 例如,原始数据可能是对数变换或指数变换后的结果,但你没有对变换后的数据进行相应的分布假设。

4. 其他系统性偏离: 任何非随机的点位模式都属于“有规律”。

调整原始数据的方法(在理解偏离原因的基础上):

调整数据是为了让数据更接近你期望的理论分布,从而使 pp plot 上的点更贴近直线。以下是一些常用的调整方法,但请记住,每种调整都可能改变数据的原始意义,因此需要谨慎操作,并在分析中明确说明你的处理方式。

第一步:识别和确认偏离的模式

在考虑调整之前,请仔细观察 pp plot。

与 QQ plot(分位数分位数图)对比: QQ plot 是更常用的一种,它比较样本的分位数与理论分布的分位数。如果 pp plot 和 QQ plot 都显示出相似的规律性偏离,那么可以更有信心地判断数据确实不符。
检查散点图: 绘制原始数据与变量序号的散点图,或者不同变量之间的散点图,看看是否存在明显的趋势、异常值或非线性关系。
考虑数据的来源和测量过程: 了解数据是如何产生的,是否存在已知的测量误差、偏倚或限制。

第二步:根据偏离模式选择调整方法

1. 对于 S 形偏离(尾部比正态分布更“胖”或“瘦”):
如果尾部比正态分布“胖”(重尾):
数据变换:
对数变换 (log(x)): 如果数据值大范围变化且右偏,对数变换可以压缩大值,使数据更接近对称。
平方根变换 (sqrt(x)): 效果比对数变换温和,适用于轻度右偏。
BoxCox 变换: 这是一种更通用的变换方法,可以自动寻找一个最优的 lambda 值来使数据接近正态分布。它包括了平方根变换 (lambda=0.5) 和对数变换 (lambda=0)。
异常值处理: 检查 pp plot 中偏离最严重的点(通常是极端值),看它们是否是异常值。如果是,可以考虑移除或修正这些异常值(但这需要非常谨慎,并且有充分的理由)。
考虑其他分布: 如果数据明显是重尾的,可能它根本就不适合用正态分布来建模。考虑使用 t 分布、柯西分布等重尾分布进行分析。

如果尾部比正态分布“瘦”(轻尾):
数据变换: 这种情况下,通常数据已经比较集中了,变换反而可能让情况更糟。
考虑其他分布: 这种偏离不太常见,可能意味着数据分布非常集中,或者存在一些你没有捕捉到的因素。

2. 对于 U 形偏离(双峰性):
混合模型: 如果你怀疑数据来自两个不同的群体,可以尝试拟合混合模型(例如,高斯混合模型),然后分别分析每个群体。
数据分组/分类: 如果有办法区分这两个群体,可以将数据分成两组,分别进行分析。
非参数方法: 如果数据确实是混合的,并且你不想做太多的假设,可以考虑使用非参数统计方法,这些方法对分布的假设较少。

3. 对于指数形或对数形偏离:
数据变换:
如果数据是右偏的,看起来像指数分布: 尝试对数变换。
如果数据是左偏的,看起来像泊松分布(计数数据): 考虑方差稳定变换(如平方根变换)或对数变换,具体取决于方差和均值的关系。
考虑其他分布:
指数分布: 适用于描述事件发生之间的时间间隔。
泊松分布: 适用于描述在固定时间或空间内事件发生的次数。
对数正态分布: 如果数据的对数服从正态分布。

第三步:实施和验证调整

1. 选择一个变换方法: 基于上述分析,选择一个你认为最合适的变换。
2. 应用变换: 对原始数据进行变换。
3. 重新绘制 pp plot: 对变换后的数据重新生成 pp plot,并与理论分布(通常是正态分布)进行比较。
4. 检查其他诊断图: 再次检查直方图、QQ plot、残差图等,看整体的符合度是否改善。
5. 进行统计检验: 如果你使用正态性检验(如 ShapiroWilk 检验、KolmogorovSmirnov 检验),对变换后的数据进行检验,看看 p 值是否足够大(通常 p > 0.05 表示没有足够证据拒绝原假设,即数据符合正态分布)。

重要的注意事项和潜在的陷阱:

不要过度拟合(Overfitting): 目标是让数据“接近”理论分布,而不是强行扭曲数据以使其完美符合。过度调整可能会引入偏差。
理解变换的含义: 例如,对数变换改变了数据的尺度和单位。在解释结果时,你需要考虑这个变换的影响。你可能需要将统计推断的结果“逆变换”回原始尺度。
透明度: 在你的分析报告中,必须清楚地说明你对数据进行了哪些调整(例如,对数变换、移除异常值等),以及为什么进行这些调整。
“有规律”不等于“可以忽略”: 如果偏离模式持续存在,即使经过尝试调整,也可能表明你所依赖的统计模型(假设数据服从正态分布)是不合适的。这时,应考虑使用更适合数据分布的模型。
异常值: 识别和处理异常值是调整数据的重要部分。但要区分是真正的异常值,还是数据分布本身的特性。例如,在描述重尾分布的数据时,极端值是正常的。
数据的性质: 某些类型的数据(如计数数据、比例数据)本身就不太可能服从正态分布,对它们进行正态性调整可能不是最优选择。直接使用适合这些数据类型的分布模型(如泊松回归、逻辑回归)可能更合适。

总结:

当 pp plot 显示出有规律的偏离时,这是一种信号,表明你的数据不符合假设的理论分布。第一步是理解这种偏离的模式,并尝试从数据来源或测量过程中寻找原因。接着,根据观察到的模式,选择合适的数据变换(如对数变换、平方根变换、BoxCox 变换)或数据处理方法(如异常值处理、数据分组)。最关键的是,要谨慎操作,并始终在你的分析中保持透明,说明你所做的每一个决定及其理由。如果偏离非常显著且难以纠正,考虑采用更适合数据分布的统计模型。

网友意见

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试一下detrend或者高通滤波?还有,你连个图都不贴出来让人怎么帮你?

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