Multivariate homogeneity of groups dispersions (variances)

R语言中,betadisper函数可以实现该分析

在多元统计分析中,Multivariate homogeneity of groups dispersions(组间离散度的多元同质性,也称为多元方差同质性) 是一个重要的前提条件检验,用于判断不同组别数据的离散程度(或方差结构)是否具有统计同质性。它是单变量 “方差齐性检验”(如 Levene 检验)在多元数据场景下的扩展。

核心概念

当分析多变量数据(如物种组成、基因表达谱、环境因子组合等)并比较不同组别时,除了关注组间均值是否存在差异(如通过 PERMANOVA 检验),还需要检验各组的离散度(dispersion)是否一致

离散度:可以理解为组内数据点围绕组中心的分散程度(类似单变量中的方差,但针对多维度)。

同质性:如果各组的离散度无显著差异,则满足 “多元同质性”;反之,则存在 “异质性”。

为什么需要检验?

统计方法的前提条件:许多多元分析方法(如 PERMANOVA、ANOSIM 等)的有效性依赖于组间离散度的同质性。若离散度差异显著,可能会导致错误结论(例如,组间差异可能由离散度而非均值差异引起)。

结果解释的可靠性:当组间离散度不同时,组间的 “距离” 差异可能混淆了 “中心位置差异” 和 “分散程度差异”,需要单独区分。

常用检验方法

在生态学和多元统计中,最常用的检验是 PERMDISP(Permutational Multivariate Dispersion Test),由 Anderson(2006)提出。其核心步骤包括:

计算每个数据点到其所在组中心的 “距离”(通常用欧氏距离或 Bray-Curtis 距离等)。

将这些距离视为单变量数据,检验不同组的平均距离(即离散度)是否存在显著差异(通过置换检验实现)。

应用场景

生态学:比较不同生境中物种群落组成的离散程度(例如,污染区域 vs 对照区域的物种分布是否更分散)。

基因组学:检验不同处理组的基因表达谱在组内的变异是否一致。

社会学:分析不同群体在多维度社会特征(收入、教育、职业等)上的离散差异。

结果解读

若检验结果不显著(p > 0.05):支持 “多元同质性”,可继续进行依赖该前提的多元分析(如 PERMANOVA)。

若检验结果显著(p < 0.05):表明组间离散度存在差异,需谨慎解释后续分析结果,或考虑调整分析方法(如使用更稳健的检验,或单独分析离散度差异)。

与其他概念的关联

PERMANOVA的区别:PERMANOVA 检验组间均值(中心位置)的差异,而 PERMDISP 检验组间离散度的差异。两者常结合使用,以全面解析组间差异的来源。

单变量方差齐性的区别:单变量检验(如 Levene 检验)仅针对单个变量,而多元同质性检验针对多变量的整体离散结构。

总之,多元组间离散度同质性检验是多元数据分析中保障结果可靠性的关键步骤,尤其在生态、生物信息等依赖组间比较的领域应用广泛。

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