Gradi di libertà per l'indipendenza delle variabili nella tabella a due vie
Numero di gradi di libertà per il test di indipendenza. CK Taylor
Il numero di gradi di libertà per l'indipendenza di due variabili categoriali è data da una semplice formula: ( r - 1)( c - 1). Qui r è il numero di righe e c è il numero di colonne in tavola a due vie dei valori della variabile categoriale. Continua a leggere per saperne di più su questo argomento e per capire perché questa formula fornisce il numero corretto.
Sfondo
Un passo nel processo di molti test di ipotesi è la determinazione del numero dei gradi di libertà. Questo numero è importante perché per distribuzioni di probabilità che coinvolgono una famiglia di distribuzioni, come la distribuzione chi-quadrato, il numero di gradi di libertà individua l'esatta distribuzione dalla famiglia che dovremmo usare nel nostro test di ipotesi.
I gradi di libertà rappresentano il numero di scelte libere che possiamo fare in una determinata situazione. Uno dei test di ipotesi che ci richiede di determinare i gradi di libertà è il chi-square test di indipendenza per due variabili categoriali.
Test di indipendenza e tabelle a due vie
Il test del chi quadrato per l'indipendenza ci richiede di costruire una tabella a due vie, nota anche come tabella di contingenza. Questo tipo di tabella ha r righe e c colonne, che rappresentano il r livelli di una variabile categoriale e il c livelli dell'altra variabile categoriale. Pertanto, se non contiamo la riga e la colonna in cui registriamo i totali, si ottiene un totale di rc celle nella tabella a due vie.
Il test del chi quadrato per l'indipendenza ci permette di verificare l'ipotesi che il r righe e c le colonne della tabella ci danno ( r - 1)( c - 1) gradi di libertà. Ma potrebbe non essere immediatamente chiaro il motivo per cui questo è il numero corretto di gradi di libertà.
Il numero di gradi di libertà
Per vedere perché ( r - 1)( c - 1) è il numero corretto, esamineremo questa situazione in modo più dettagliato. Supponiamo di conoscere i totali marginali per ciascuno dei livelli delle nostre variabili categoriali. In altre parole, conosciamo il totale per ogni riga e il totale per ogni colonna. Per la prima riga, ci sono c colonne nella nostra tabella, quindi ci sono c cellule. Una volta che conosciamo i valori di tutte tranne una di queste celle, poiché conosciamo il totale di tutte le celle, è un semplice problema di algebra determinare il valore della cella rimanente. Se stessimo riempiendo queste celle della nostra tabella, potremmo entrare c - 1 di loro liberamente, ma poi la cella rimanente è determinata dal totale della riga. Così ci sono c - 1 gradi di libertà per la prima fila.
Continuiamo in questo modo per la riga successiva e ci sono di nuovo c - 1 gradi di libertà. Questo processo continua fino ad arrivare alla penultima riga. Ciascuna delle righe, tranne l'ultima, contribuisce c - 1 gradi di libertà al totale. Quando avremo tutte tranne l'ultima riga, poiché conosciamo la somma delle colonne possiamo determinare tutte le voci della riga finale. Questo ci dà r - 1 righe con c - 1 gradi di libertà in ciascuno di questi, per un totale di ( r - 1)( c - 1) gradi di libertà.
Esempio
Lo vediamo con il seguente esempio. Supponiamo di avere una tabella a due vie con due variabili categoriali. Una variabile ha tre livelli e l'altra ne ha due. Supponiamo inoltre di conoscere i totali di riga e colonna per questa tabella:
| Livello A | Livello B | Totale | |
| Livello 1 | 100 | ||
| Livello 2 | 200 | ||
| Livello 3 | 300 | ||
| Totale | 200 | 400 | 600 |
La formula prevede che ci siano (3-1)(2-1) = 2 gradi di libertà. Lo vediamo come segue. Supponiamo di riempire la cella in alto a sinistra con il numero 80. Questo determinerà automaticamente l'intera prima riga di voci:
| Livello A | Livello B | Totale | |
| Livello 1 | 80 | venti | 100 |
| Livello 2 | 200 | ||
| Livello 3 | 300 | ||
| Totale | 200 | 400 | 600 |
Ora, se sappiamo che la prima voce nella seconda riga è 50, il resto della tabella viene compilato, perché conosciamo il totale di ogni riga e colonna:
| Livello A | Livello B | Totale | |
| Livello 1 | 80 | venti | 100 |
| Livello 2 | cinquanta | 150 | 200 |
| Livello 3 | 70 | 230 | 300 |
| Totale | 200 | 400 | 600 |
Il tavolo è interamente riempito, ma avevamo solo due scelte libere. Una volta noti questi valori, il resto della tabella è stato completamente determinato.
Anche se in genere non abbiamo bisogno di sapere perché ci sono così tanti gradi di libertà, è bene sapere che in realtà stiamo solo applicando il concetto di gradi di libertà a una nuova situazione.