给女朋友写的生统资料_Part9

从这一部分开始,我们正式开始进入生统课上的内容。我们首先先讲讲陈洛南老师的概率论的部分。

陈老师这一部分似乎考的不太多,我就提的少点了。

描述性统计

集中趋势

描述集中趋势的有平均数、中位数、众数、偏斜度。

对应的 R 代码为

# 准备数据
data <- sample(1:10,4)
> data
[1]  7 10  2  4

# 均值
> mean(data)
[1] 5.75

# 中位数
> median(data)
[1] 5.5

# 众数(R里面似乎没有单独的众数,我觉得可以用table)
> table(data)
data
 2  4  7 10 
 1  1  1  1 

当然,最方便还是用 summary

> summary(data)
   Min. 1st Qu.  Median    Mean 3rd Qu.    Max. 
   2.00    3.50    5.50    5.75    7.75   10.00 

离散程度

描述离散程度的有极差、方差、标准差、变异系数

代码为

# 极差(最大值减去最小值)

## 方法1
> max(data) - min(data)
[1] 8

## 方法2
> range(data)
[1]  2 10
> diff(range(data))
[1] 8

# 方差
> var(data)
[1] 12.25

# 标准差
> sd(data)
[1] 3.5

# 变异系数
# 变异系数是样本标准差除以样本均值再乘以100
> sd(data)*100/mean(data)
[1] 60.86957

注意,R里面的 var 和 sd 对应计算的都是样本的方差和标准差,所以里面都是 n-1 。如果你想要计算总体的,可以再乘上 \frac{n-1}{n}

概率

古典方法:

抽球问题看第一次作业就可以了。

概率性质:

当考虑概率的性质,比如加减的时候,只要画个维恩图就可以了。具体地看看第一次作业就可以了。

条件概率

条件概率:

P(A|B)=\frac{P(AB)}{P(B)}

全概率公式:

P(A)=\sum_{i=1}^{n}P(B_{i})P(A|B_{i})

最简单的全概率公式:

P(A)=P(B)P(A|B)+P(\bar{B})P(A|\bar{B})

比较偷懒,所以没打前提条件,具体地可以去看统计学的书。

独立性:

如果 A 和 B相互不影响,我们就说 A 和 B 是独立的。那么就会有
P(A|B)=P(A)\\ P(B|A)=P(B)\\ P(AB)=P(A)P(B)
关于独立,可以去看看第一次作业的两个证明题。

条件概率计算的时候,只要注意把复杂的事件变成字母符号,然后按照公式一步步算就可以了。比如把下雨这个事件,称为 A 。**带伞 **这个事件称为 B,那么在下雨的情况下,带伞的概率就是 P(B|A) 了。

贝叶斯

贝叶斯公式:
P(B|A)=\frac{P(AB)}{P(A)}=\frac{P(A|B)P(B)}{P(B)P(A|B)+P(\bar{B})P(A|\bar{B})}
在贝叶斯公式中,我们称 P(B) 为 事件 B 的先验概率(priori probability),称 P(B|A) 为事件 B 的后验概率( posterior probability),贝叶斯公式就是专门用来计算后验概率的。也是用来在已知结果的条件下,求出原因的概率。

我们可以举个例子。某地区居民的肝癌发病率为0.0004,现用甲胎蛋白法进行普查。医学研究表明,化验结果是存有错误的。已知患有肝癌的人,其化验结果 99% 呈现阳性,而没患肝癌的人其化验结果 99.9% 呈现阴性。现某人的检验结果呈现阳性,问其患肝癌的概率是多少。

记 B 为被检查者患有肝癌,A 为检查结果后为阳性。则
P(B)=0.0004\quad P(\bar{B})=0.9996\\ P(A|B)=0.99\quad P(A|\bar{B})=1-0.999
然后就可以利用贝叶斯公式:
P(B|A)=\frac{P(AB)}{P(A)}=\frac{P(A|B)P(B)}{P(B)P(A|B)+P(\bar{B})P(A|\bar{B})}
算出 P(B|A) = 0.284。可以看到真正患有癌症的患者只有不到 30%。那么我们该如何提高检测检验精度呢,一个方法就是复查,即提高人群中 P(B) 的比例。如果我们对首次检查得阳性的人群再进行复查,此时 P(B) = 0.284。再利用贝叶斯公式,就可以发现P(B|A) = 0.997了。

关于贝叶斯,陈老师上课还提到了一个有趣的点,即

  • 假设我们的观测为 E(比如说我们的数据)

  • 我们的假设为 R(比如说 基因 A 调控了 基因 B )

  • 我们通常做的 P-value 指的是 p(E|\bar{R})\bar{R} 是零假设。

  • 但我们实际上想求得是,p(R|E),所以真正的公式是
    p(R|E)=1-\frac{p(\bar{R})}{p(E)}p(E|\bar{R})

  • 所以,一定程度上,p-value越小,那么我们的 p(R|E) 就会越大了。

混淆矩阵

陈老师的课件里面出现了混淆矩阵,因为混淆矩阵在后面的统计检验、多重比较矫正、逻辑斯蒂回归等可能会用到,所以先提上来讲一讲。

先放上混淆矩阵:

9_1.png

混淆矩阵相关的定义为:

  • 假阳性率(false positive rate):

    也称 I 型错误,即在没病的情况下,你能够预测出来病人是有病的比例,P(预测是有病|真实没病)\frac{FP}{FP+TN}

  • 假阴性率(false negative rate):

    即有病的情况下,你能够预测出来病人是没病的比例\frac{FN}{TP+FN}

  • 真阳性率:

    召回率(recall),称灵敏度,敏感性(sensitivity)。也称也是 1- II型错误,我感觉也可以称之为统计功效。即在有病的情况下,你能够预测出来病人有病的比例\frac{TP}{TP+FN}

  • 真阴性率:

    即特异性(specificity),即没病的情况下,你能够预测出来病人是没病的比例\frac{TN}{FP+TN}

  • 准确度(accuracy):

    你预测都是对的比例,即病人有病的情况下,你成功预测他是有病的,病人没病的情况下,你成功预测他是没病的。\frac{TP+TN}{TP+TN+FP+FN}

  • 精确度(precision ):

    也称预测阳性率。即你预测的有病病人中有多少是真的有病的\frac{TP}{FP+TP}

对于不同的机构,对于这些比例有着不同的要求。像对于医院来说,假阴性就必须非常非常低。

让我们带入数字来看下。假设我们我们用一种方法检验阿兹海默症,用的是 450 个病人,500 个正常人的样本。检验结果为。

9_2.png
  • 假阳性率为:\frac{5}{500}

  • 假阴性率:\frac{14}{450}

  • 灵敏度:\frac{436}{450}

  • 特异性:\frac{495}{500}

  • 准确度:\frac{436+495}{950}

这里的灵敏度,就是对应我上面提到的:已知患有肝癌的人,其化验结果 99% 呈现阳性。而这里的特异性,就是对应我上面提到的:而没患肝癌的人其化验结果 99.9% 呈现阴性。

最后放两张我网上找来的图,以供大家自查:

参考资料:

概率论与数理统计教程第二版

特异度(specificity)与灵敏度(sensitivity)

ROC和AUC

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