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Chi quadrato: formula del test ed esempio svolto | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Chi quadrato: formula del test ed esempio svoltoCosa stampare Con "Margini: predefiniti" compaiono anche i numeri di pagina. SlideScegli il taglio Lampo10 slideIl filo essenziale, per presentarlo in classeCompleta15 slideTutti i capitoli e gli approfondimentiTutte e due hanno le note del relatore. In 30 secondi lettura lampoIl test del chi quadrato confronta i conteggi osservati in una tabella con quelli che ci si aspetterebbe se un'ipotesi di partenza fosse vera. Per ogni casella si prende la differenza tra osservato e atteso, la si eleva al quadrato e la si divide per l'atteso; poi si somma tutto. Se il totale supera un valore critico, che dipende dai gradi di libertà, l'ipotesi si respinge. Il test serve a capire se due classificazioni sono legate e a controllare se dei dati seguono una distribuzione prevista. Con frequenze attese troppo piccole il risultato perde affidabilità. Punti Chiave
I numeri chiave
L'ApprofondimentoIl test del chi quadrato (si scrive χ², e molti lo chiamano chi quadro) lavora su conteggi: quante volte compare ciascuna categoria in un campione. Mette a confronto quei conteggi, le frequenze osservate, con quelli che si dovrebbero vedere se valesse un’ipotesi di partenza, le frequenze attese. Lo pubblicò Karl Pearson nel 1900. Secondo MacTutor, l’archivio di storia della matematica dell’Università di St Andrews, il test era per Pearson un modo per scalzare la distribuzione normale dal posto centrale che occupava. Lo stesso calcolo risponde a due domande. Il test di indipendenza chiede se due criteri con cui si classificano gli stessi elementi sono legati; il test di bontà di adattamento chiede se un campione si comporta come prevede una certa distribuzione. Ipotesi nulla e ipotesi alternativa del chi quadratoIl chi quadrato è uno dei punti in cui probabilità e statistica lavorano insieme: un numero calcolato sui dati viene confrontato con una distribuzione di probabilità per decidere tra due ipotesi. La prima, l’ipotesi nulla H₀, è quella che il calcolo mette alla prova. Nel test di indipendenza, secondo il manuale di metodi statistici del NIST, l’ipotesi nulla dice che le due classificazioni sono indipendenti. In pratica la probabilità di finire in una casella è il prodotto della probabilità della sua riga per quella della sua colonna, la stessa regola che vale per gli eventi indipendenti nel calcolo della probabilità. L’ipotesi alternativa sostiene che in almeno una casella il prodotto non torna, e quindi che le classificazioni dipendono l’una dall’altra. Nella bontà di adattamento H₀ afferma che i dati seguono la distribuzione indicata; l’alternativa, che se ne discostano. La formula del chi quadratoPer ogni casella si prende la frequenza osservata O e quella attesa E, si calcola il quadrato della differenza e lo si divide per E. La statistica è la somma di tutti questi contributi: χ² = Σ (O − E)² / E Nel test di indipendenza le attese si ricavano dai totali della tabella. Per una casella: E = (totale della riga × totale della colonna) / totale generale Una statistica grande vuol dire osservati lontani dagli attesi. Il corso di statistica di Yale lo legge così nella bontà di adattamento: è il segno che il modello ipotizzato descrive male i dati. Se l’ipotesi nulla è vera, il valore segue in modo approssimato una distribuzione chi quadrato, che il NIST definisce come la somma dei quadrati di ν variabili normali standard indipendenti, dove ν sono i gradi di libertà. Esempio svolto: i difetti dei wafer nei tre turniIl NIST, l’istituto federale statunitense per gli standard, usa un caso di fabbrica. In uno stabilimento si registrano 309 difetti su wafer, classificati per tipo (A, B, C, D) e per turno di produzione (1, 2, 3). La domanda è se la composizione dei difetti cambia da un turno all’altro. Le due classificazioni formano una tabella di contingenza da 3 righe e 4 colonne; tra parentesi le frequenze attese.
Si ripete il conto per le dodici caselle e si somma: il NIST ottiene χ² = 19,18. La tabella ha (3 − 1)(4 − 1) = 6 gradi di libertà, e con un livello di significatività di 0,05 il valore critico per 6 gradi è 12,5916. Il 19,18 lo supera, per cui l’ipotesi di indipendenza si rifiuta: per il NIST i dati danno prove significative che la quota di ciascun tipo di difetto varia con il turno. Il p-value dell’esempio è 0,00387. Gradi di libertà nel test del chi quadratoI gradi di libertà contano quante caselle restano libere di variare una volta fissati i totali. Nella bontà di adattamento con k categorie sono k − 1: il corso di Yale fa notare che l’ultimo conteggio è obbligato, perché la somma deve tornare col totale. Se dai dati si stimano d parametri, se ne toglie uno per ciascuno e si arriva a k − 1 − d. Il NIST scrive la stessa regola come k − c, con k il numero di classi non vuote e c il numero dei parametri stimati più uno. Nel suo esempio sulla normalità i parametri stimati sono due, quindi c vale 3. Per la tabella di contingenza la formula (r − 1)(c − 1), dove stavolta c indica le colonne, discende dalla stessa logica. Le caselle sono r·c e, tolto il vincolo del totale, ne restano libere rc − 1; da queste si sottraggono i (r − 1) + (c − 1) parametri stimati per i totali di riga e di colonna. Il conto lascia proprio (r − 1)(c − 1). Test di bontà di adattamento: l’esempio dei semi di piselloIn genetica il chi quadrato di bontà di adattamento serve a controllare se dei conteggi rispettano un rapporto atteso. Il corso di genetica di Phillip McClean alla North Dakota State University prende dei semi di pisello per cui il rapporto previsto è 9:3:3:1, e ne conta 556.
Le attese sono le frazioni del rapporto applicate al totale: 9/16 di 556 fa 312,75. Con 4 classi i gradi di libertà sono 3 e la statistica vale 0,47. Nella tavola, a 3 gradi di libertà, il valore critico per 0,05 è 7,82 (7,815 in quella del NIST), e a 0,47 corrisponde una probabilità superiore a 0,90. La pagina conclude che i dati sono compatibili con il rapporto 9:3:3:1. Il NIST aggiunge un paio di avvertenze per questo uso. Il test lavora su dati raggruppati in classi, e se i dati arrivano sciolti bisogna prima costruire le tabelle di frequenze delle variabili categoriche; il valore della statistica cambia poi a seconda di come le classi vengono scelte. Si applica anche a distribuzioni discrete come la binomiale e la Poisson. Test di indipendenza e bontà di adattamento a confronto
Come si legge il risultato del testIl test del chi quadrato di Pearson guarda una coda sola, quella superiore: si cerca nella tavola la colonna corrispondente a 1 − α e si rifiuta l’ipotesi nulla se la statistica supera il valore riportato. Alcune soglie della tavola del NIST:
La pagina di McClean presenta 0,05 come soglia convenzionale. Un risultato significativo dice che un’associazione c’è. Bewick, Cheek e Ball, autori di una rassegna sui test di associazione uscita su Critical Care nel 2004, avvertono però che il test da solo non dice quanto sia forte. Per vedere quali caselle pesano di più si guardano i residui standardizzati, costruiti sulla differenza tra osservato e atteso: quelli che in valore assoluto superano 2 sono significativi.
Quando il chi quadrato non va beneLa distribuzione chi quadrato è un’approssimazione, e regge solo quando le frequenze attese sono abbastanza grandi. Per il NIST serve un campione abbastanza grande perché l’approssimazione sia valida. Bewick e colleghi danno una soglia precisa, la regola che attribuiscono a Cochran, che vuole nessuna casella con attesa sotto 1 e al massimo il 20% delle caselle con attesa sotto 5. Una via d’uscita, per loro, è unire categorie quando ha senso farlo. Nelle tabelle 2×2 con pochi casi le alternative sono la correzione di Yates per la continuità e il test esatto di Fisher. La correzione di Yates aumenta di 0,5 la frequenza più piccola e ritocca le altre in modo che i totali restino invariati.
Su campioni grandi i risultati di chi quadrato, Fisher e Yates quasi si sovrappongono; su quelli piccoli Fisher e Yates danno P più alti, quindi più prudenti. Su quale preferire non c’è pieno accordo, e Bewick e colleghi riportano che Bland raccomanda Fisher o Yates per un approccio più cauto. Resta il caso dei dati appaiati, come gli stessi pazienti misurati due volte. Il chi quadrato ignora l’appaiamento, e per queste tabelle si usa il test di McNemar. PresentazioneSlide pronte da scaricare e fare tue in PowerPoint o Google Slides, con le note del relatore. Scegli il taglio Lampo o quello Completo. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Falsi miti
Mappa concettualeTrascina lo sfondo per muoverti e i nodi per riposizionarli; usa − e + per chiudere e aprire i rami.
Quiz: mettiti alla provaRispondi alle domande per verificare quanto hai imparato: riceverai subito la correzione e una breve spiegazione. Voto 0/10 0/5
FlashcardsTocca la carta per girarla e verifica se ricordi la risposta, poi passa alla successiva. 1 / 7 Spiegalo con parole tueIl test definitivo: se sai spiegarlo con parole semplici, lo hai capito davvero. Scrivi la tua spiegazione, poi confrontala col Recap. La tua spiegazione resta salvata solo su questo dispositivo.
Domande e risposteCome si calcola il chi quadrato?Si parte dalla tabella dei conteggi osservati e si ricavano le attese: in una tabella di contingenza ogni attesa è il totale della riga per quello della colonna, diviso il totale generale. Poi, casella per casella, si calcola (O − E)² / E e si sommano i risultati. Il totale va confrontato con il valore critico della tavola per i gradi di libertà del caso. Quanti gradi di libertà ha il test del chi quadrato?Dipende dal tipo di test. In una tabella con r righe e c colonne sono (r − 1)(c − 1), per cui una tabella 3×4 ne ha 6. Per la bontà di adattamento si contano le categorie e se ne toglie una, più un'altra per ogni parametro stimato dai dati. Che differenza c'è tra test di indipendenza e test di bontà di adattamento?Il test di indipendenza prende due classificazioni degli stessi elementi, per esempio tipo di difetto e turno di lavoro, e verifica se sono legate. La bontà di adattamento ha una sola classificazione e controlla se i conteggi seguono una distribuzione o un rapporto fissato in anticipo, come il 9:3:3:1 dei semi di pisello. La formula è la stessa; cambiano il calcolo delle attese e quello dei gradi di libertà. Quando non si può usare il test del chi quadrato?Quando le frequenze attese sono troppo piccole (secondo la regola attribuita a Cochran, nessuna sotto 1 e non più del 20% sotto 5) e quando i dati sono appaiati. Nel primo caso si possono unire categorie oppure, nelle tabelle 2×2, passare al test esatto di Fisher o alla correzione di Yates; nel secondo si usa il test di McNemar. Che cosa vuol dire un chi quadrato significativo?Che la statistica ha superato il valore critico al livello scelto, di solito 0,05, e quindi l'ipotesi nulla si respinge. Nel test di indipendenza indica un'associazione tra le due variabili. Per capire quali caselle la producono si leggono i residui standardizzati. Ogni Recap passa da una revisione indipendente prima della pubblicazione. |













