卡方檢驗的功效和樣本量之間存在密切關系,主要表現為以下幾點:
一、樣本量增加,功效提高
原理:
卡方檢驗的功效是指當原假設不成立時,正確拒絕原假設的概率。樣本量越大,提供的信息就越多,對總體的估計就越準確,從而更容易檢測出實際存在的差異或關聯,即功效越高。
當樣本量較小時,卡方統計量的波動較大,可能會因為偶然因素而無法拒絕原假設,即使原假設實際上是錯誤的。而隨著樣本量的增加,卡方統計量的穩定性增強,能夠更可靠地反映實際情況,提高功效。
舉例:
假設研究某種藥物對疾病的治療效果,將患者分為用藥組和對照組。如果樣本量很小,可能由于個別患者的特殊情況導致兩組的有效率差異不明顯,從而無法拒絕原假設,認為藥物無效。但當樣本量增加時,能夠更準確地反映藥物的真實效果,如果藥物確實有效,就更有可能檢測出這種差異,提高功效。
二、樣本量過小,功效降低
問題表現:
當樣本量過小時,卡方檢驗的功效會顯著降低。一方面,每個單元格的期望頻數可能會過小,不符合卡方檢驗的適用條件,導致結果不準確。另一方面,小樣本量下卡方統計量的分布可能與理論分布有較大偏差,使得檢驗的可靠性降低。
例如,在比較兩個小樣本的比例時,如果樣本量只有幾十甚至更少,即使兩個比例之間存在較大差異,也可能由于樣本量不足而無法檢測出來,功效很低。
解決方法:
如果樣本量過小,可以考慮增加樣本量,或者采用其他更適合小樣本的檢驗方法。例如,對于二分類變量且樣本量較小時,可以使用費希爾精確檢驗。
三、樣本量確定與功效要求
在進行卡方檢驗之前,通常需要根據研究目的和預期效果來確定所需的樣本量。如果希望達到較高的功效,就需要較大的樣本量。
一般來說,功效越高,所需的樣本量就越大。同時,功效還受到效應大小(即實際存在的差異或關聯程度)、顯著性水平等因素的影響。
例如,在設計一項研究時,如果預期要檢測出較小的差異或關聯,并且希望功效達到 80% 以上,那么就需要較大的樣本量。可以通過功效分析的方法,根據預期的效應大小、顯著性水平和功效要求來計算所需的樣本量。
總之,卡方檢驗的功效與樣本量密切相關,樣本量越大,功效越高,但同時也要考慮實際情況和成本等因素,合理確定樣本量。