統計與資料分析

卡方檢定

Chi-square Tests

以觀察次數進行適合度或列聯表獨立性檢定,查看預期次數、各格貢獻、p-value 與稀疏資料提醒。

先提問,再動手觀察

分類次數和預期,差在哪一格?

事先指定三類比例各為三分之一。直接編輯觀察人數;預期次數會按新總人數重算,每格貢獻一起更新。

01 · 先猜猜看有一格觀察與預期不同,就一定有顯著差異嗎?
類別觀察 O預期 Eχ² 貢獻
205
200
205
觀察次數情境
顯著水準 α

逐格計算,再把所有貢獻相加

χ²=(30−20)220+(20−20)220+(10−20)220≈10
  1. 本示範的預期次數為總樣本數乘上虛無比例。預期次數過小的近似限制仍須注意。

觀察與預期次數

低風險偏好
O
30
E
20
中風險偏好
O
20
E
20
高風險偏好
O
10
E
20
實色 O:觀察;外框 E:預期。比例為事先指定,不能從同一資料先估再沿用相同自由度。

χ² · 參考分配

df=2 · α=0.05 · p=0.0067

χ² · 參考分配密度曲線。統計量 10,p 0.0067,α 0.05。實色表示觀察尾端;斜線表示事先設定的拒絕域。精確臨界值列於下方。機率密度05.29810.6
觀察尾端(實色)α 拒絕域(斜線)統計量:點線 · 臨界值:虛線
統計量: 10臨界值: 5.991圖示截取長尾的可讀範圍;機率由完整分配計算,不以圖中面積估算。
χ²10df=2
p-value0.0067
總觀察人數60

在選定 α 下拒絕 H₀;仍需檢查假設與實際差異的大小。

這個互動示範適合度。計算器另提供列聯表獨立性檢定;兩者使用次數,不把百分比當樣本數,也不推論因果。

你剛剛看到了什麼?

每類預期 20 人時,20、20、20 很符合模型;30、20、10 的差距就更大。把差距拆成每格貢獻,可以看出檢定如何累積證據,而非只看到一個 p-value。

適合度與獨立性問不同問題

適合度的 H₀ 指定各類母體比例;預期次數是總次數乘以該比例,自由度在本版為 k−1。獨立性的 H₀ 是兩個分類變數獨立,預期次數由列合計、欄合計與總數計算,自由度為 (r−1)(c−1)。

次數與樣本設計

每個人應放進正確且互斥的分類格子,觀察應獨立。重複測量、同一戶內多人或有群集的調查,不能因為整理成表格就當作獨立樣本。預期次數必須大於零;只有一個有效類別也無法進行有意義的適合度檢定。

χ² 大不等於關聯強

總樣本數增加時,同樣比例差距可產生較大的 χ²。列聯表的 Cramér’s V 另外用樣本數與表格維度縮放關聯程度;仍需閱讀具體格子的比例差異,也不代表因果方向。

再看一個例子

  1. 選擇適合度,輸入各類觀察次數及事先指定的比例;或輸入列聯表。
  2. 檢查比例合計、期望次數與獨立觀察條件,設定 α。
  3. 閱讀各格貢獻、χ²、自由度及 p-value;獨立性另看 Cramér’s V,並留意小期望次數警告。
展開正式定義與公式

Pearson 卡方檢定比較分類資料的觀察次數與虛無模型下的預期次數。適合度與獨立性使用相同統計量形式,但 H₀ 和自由度的來源不同。

觀察與期望的差異

期望次數

列聯表自由度與效果量

Oᵢ, Eᵢ
觀察與期望次數;輸入次數而非百分比。
pᵢ, n
事先指定機率(合計 1)及總次數。
r, c, ν
列數、欄數及自由度;GOF 指定比例時為類別數−1。
V
Cramér's V 關聯效果量;不能直接推論因果。

常見誤區

百分比不是觀察人數,不能直接當樣本數。類別關聯不代表因果。卡方右尾機率不能套用對稱雙尾公式;小期望次數的近似結果也不能視為已通過可靠性驗證。

常見問題

預期次數都要大於 5 嗎?

近似的品質取決於表格大小、樣本數與預期次數分布。本工具會指出低於 1、低於 5 的格子與其比例,讓你評估稀疏程度;不把單一門檻當作所有表格的可靠保證。

可以用樣本先估理論比例嗎?

本版適合度限定事先指定的理論比例,不支援由同一樣本估計分布參數後的自由度校正。若從資料估計參數,不能仍直接使用 k−1。

稀疏表格可以用 Fisher 嗎?

Fisher’s Exact Test 是某些稀疏列聯表可考慮的方法,但本版未實作。請勿把這裡的卡方近似結果當作 Fisher 精確結果。

學完這頁,你可以…

  • 比較觀察次數與期望次數
  • 檢查稀疏資料與分類關聯