[生物医学统计]R语言-t检验与Wilcoxon符号秩检验

这篇文章第一次使用markdown格式,如果排版感觉不太舒服,还望读者们提出。本文以Bernard Rosner的《Fundamentals of Biostatistics》的一道习题为例,整理总结了t-检验和wilcoxon符号秩检验的相关R代码。如有改进之处,欢迎交流!

高血压——红花油对SBD的效果评价报告

背景:
饮食中多不饱和脂肪酸对心血管病的一些危险因素有有利影响,其中多不饱和脂肪酸主要是亚油酸。为了检验饮食中补充亚油酸对血压的影响,选17例成人连续4周每日消耗23g红花油(亚油酸含量高)。在基线(摄入红花油以前)及1个月后测量血压,每次随访时取几次读数的平均值,数据见表1。

  1. 要检验亚油酸对血压的影响,用什么参数检验方法?
  2. 用1的方法进行检验,给出p值。
  3. 要检验亚油酸对血压的影响,用什么非参数方法?
  4. 用3的上述方法进行检验,给出p值。
    5.比较2和4的结果,讨论你认为哪一种方法适合。
P1:

用配对双样本t检验

P2:
  • 首先使用levene test进行方差齐性检验,p=0.9587>0.05,故接受备择假设:基线SBP和1个月后的SBP的方差没有显著差异;
  • 然后使用Shapiro-Wilk normality test对差值进行差值正态性检验,p=0.975>0.05,说明差值数据服从正态整体分布;
  • 利用配对双样本t检验来检验亚油酸对血压的影响:p-value = 0.0009303,说明亚油酸能显著降低SBP,双尾检验的结果为p=0.001861
  • t-test代码:
library(carData)
library(car)
library(ggpubr)
library(ggplot2)
library(magrittr)

SBP0 = c(119.67,100.00,123.56,109.89,96.22,133.33,115.78,126.39,122.78
         ,117.44,111.33,117.33,120.67,131.67,92.39,134.44,108.67
)
SBP1 = c(117.33,98.78,123.83,107.67,95.67,128.89,113.22,121.56,126.33
         ,110.39,107.00,108.44,117.00,126.89,93.06,126.67,108.67
)
#方差齐性检验
y=c(SBP0,SBP1)
p=rep(1,17)
group = as.factor(c(rep(1,17),rep(2,17)))
leveneTest(y,group)
#差值正态性检验
dSBP = c(2.34,1.22,-0.27,2.22,0.55,4.44,2.56,4.83,-3.55
         ,7.05,4.33,8.89,3.67,4.78,-0.67,7.77,0.00
)
shapiro.test(dSBP)
#t检验
t1=t.test(SBP0, SBP1, paired=T, alternative="two.sided", cond.lvel=0.95)    #双尾检验
t2=t.test(SBP0, SBP1, paired=T, alternative="greater", cond.lvel=0.95)        #单尾检验

下面绘制箱型图,

mydata = data.frame(group = rep(c("Conrtrast", "Trial"), each = 17),
                    SBP = c(SBP0,SBP1)
)
mydata$group=as.factor(mydata$group)
my_comparisons = list(c("Conrtrast", "Trial"))
pdf(file="t.test.boxplot.pdf", width=6, height=5)
ggboxplot(mydata
          ,x="group"
          ,y = "SBP"
          ,fill = "group"
          ,palette = "npg"
          ,linetype = "solid"
          ,bxp.errorbar=T
          ,bxp.errorbar.width=0.1
          ,add = "point"
          ,short.panel.labs = FALSE
)+ 
  stat_compare_means(comparisons=my_comparisons
                     ,aes(label = ..p.format..)
                     ,method = "t.test"
                     ,paired=T
                     ,label.x = 1.5)+
  theme(
    axis.text.x   = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 0)
    ,axis.text.y   = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 0)
    ,axis.title.x  = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 0)
    ,axis.title.y  = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 90)
    ,legend.title  = element_text(color = 'black', size  = 16)
    ,legend.text   = element_text(color = 'black', size   = 16)
    ,axis.line.y = element_line(color = 'black', linetype = 'solid')
    ,axis.line.x = element_line (color = 'black',linetype = 'solid') 
    ,panel.border = element_rect(linetype = 'solid', size = 1.2,fill = NA) # 图四周框起来
  )

如下图所示:
配对样本t检验结果
P3:

用Wilcoxon signed-rank检验。

P4:
  • 单尾检验的p-value=0.002053
  • 双尾检验的p-value= 0.004107
    代码跟t-test类似,因为是非参数检验,所以少了对方差的检验:
library(ggpubr)
library(ggplot2)
library(magrittr)

SBP0 = c(119.67,100.00,123.56,109.89,96.22,133.33,115.78,126.39,122.78
         ,117.44,111.33,117.33,120.67,131.67,92.39,134.44,108.67
)
SBP1 = c(117.33,98.78,123.83,107.67,95.67,128.89,113.22,121.56,126.33
         ,110.39,107.00,108.44,117.00,126.89,93.06,126.67,108.67
)
#Wilcoxon符号秩检验
wiltest1=wilcox.test(SBP0, SBP1, paired=T, alternative="two.sided", cond.lvel=0.95)
wiltest2=wilcox.test(SBP0, SBP1, paired=T, alternative="greater", cond.lvel=0.95)

下面绘制箱型图:

mydata = data.frame(group = rep(c("Conrtrast", "Trial"), each = 17),
                    SBP = c(SBP0,SBP1)
)
mydata$group=as.factor(mydata$group)
my_comparisons = list(c("Conrtrast", "Trial"))
pdf(file="wilcox.test.boxplot.pdf", width=6, height=5)
ggboxplot(mydata
          ,x="group"
          ,y = "SBP"
          ,fill = "group"
          ,palette = "npg"
          ,linetype = "solid"
          ,bxp.errorbar=T
          ,bxp.errorbar.width=0.1
          ,add = "point"
          ,short.panel.labs = FALSE
)+ 
  stat_compare_means(comparisons=my_comparisons         #设置比较组
                     ,aes(label = ..p.format..)
                     ,method = "wilcox.test"         #默认方法
                     ,paired=T
                     ,label.x = 1.5)+
  theme(
    axis.text.x   = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 0)
    ,axis.text.y   = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 0)
    ,axis.title.x  = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 0)
    ,axis.title.y  = element_text(color = 'black', size = 16, angle = 90)
    ,legend.title  = element_text(color = 'black', size  = 16)
    ,legend.text   = element_text(color = 'black', size   = 16)
    ,axis.line.y = element_line(color = 'black', linetype = 'solid')
    ,axis.line.x = element_line (color = 'black',linetype = 'solid') 
    ,panel.border = element_rect(linetype = 'solid', size = 1.2,fill = NA) # 图四周框起来
  )

如下图所示:


Wilcoxon signed-rank检验结果
P5:

t检验的p值更小,所以t检验更好。(这个回答可能有误,还望指正。)

在医学写作中,Wilcoxon检验相对t检验使用得更多,因为数据的可能不能通过方差齐性检验,尤其是对照实验,也就是配对t检验;但一旦能够满足t检验的条件,参数检验将会被我们优先考虑使用,绘制箱型图时使用了ggpubr这个包,相对只用ggplot2来绘制方便了许多,并且能够通过参数设定不同期刊的绘图风格,另外这次在写代码时有意识地将逗号写在前面,养成良好的编写习惯,方便后期修改,之后会整理总结利用循环对features进行分组wilcoxon符号秩检验。
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