混合线性模型如何检测固定因子和随机因子的显著性以及计算R2_混合效应模型怎么计算r2-程序员宅基地

技术标签: 混合线性模型  

很多朋友写信问我, 像要知道固定因子的显著性和随机因子的显著性如何计算,他们使用的是lme4这个R包, 但是这个包使用anova时没有P值,还要手动计算, 随机因子也需要自己计算loglikehood值, 然后使用LRT的卡方检验进行显著性检验, 其实lme4包有扩展的包可以非常友好的做这件事情.

1. 载入数据和软件包

###载入软件包和数据
library(lme4)
library(lmerTest)
library(sjstats)
library(learnasreml)
data(fm)

2. 软件包介绍

lme4

  • R语言中最流行的混合线性包
  • 结果不太友好, 所以才有下面两个包作为辅助
  • 安装方法
install.packages("lme4")

lmerTest

  • 主要是用于检测lme4对象的固定因子和随机因子,它有两个函数:
  • lmerTest::anova.lmerModLmerTest用于检测固定因子的显著性, 方差分析表采用III平方和的形式.
  • lmerTest::ranova用于检测随机因子的显著性, 使用的是LRT检验, 给出的是卡方结果.
  • 安装方法
install.packages("lmerTest")

sjstats

  • 可以计算R2
  • 可以提取方差组分
  • 安装方法
install.packages("lmerTest")

3. 使用lme4进行混合线性分析

模型介绍

  • 固定因子: Spacing + Rep
  • 随机因子: Fam

建模

### 固定因子: Spacing+Rep, 随机因子: Fam
fm1 <- lmer(h1 ~Spacing + Rep + (1|Fam), fm)

固定因子检验

anova(fm1) # 固定因子显著性检验
Sum Sq Mean Sq NumDF DenDF F value Pr(>F)
Spacing 1775.888 1775.888 1 786.2359 34.98368 4.957481e-09
Rep 5339.632 1334.908 4 781.5386 26.29670 1.762292e-20

可以看到Spacing 和Rep都达到极显著

随机因子显著性检验

ranova(fm1) # 随机因子显著性检验,LRT
npar logLik AIC LRT Df Pr(>Chisq)
<none> 8 -2831.504 5679.008 NA NA NA
(1 | Fam) 7 -2876.161 5766.323 89.31466 1 3.367543e-21

可以看到Fam达到极显著

计算R2

r2(fm1) # 计算R2
R-Squared for Generalized Linear Mixed Model

[34mFamily : gaussian (identity)
Formula: h1 ~ Spacing + Rep + (1 | Fam)

[39m   Marginal R2: 0.116
Conditional R2: 0.277

计算固定因子每个水平的P值


p_value(fm1) # 计算每个水平的显著性

term p.value std.error
(Intercept) 1.535094e-127 0.7915991
Spacing3 4.957481e-09 0.5463546
Rep2 2.886600e-01 0.8082299
Rep3 7.443430e-08 0.8218056
Rep4 1.720753e-10 0.7995633
Rep5 4.635631e-01 0.7663026

提取方差组分

re_var(fm1) # 计算方差组分
_sigma_2
50.7633345854535
Fam_tau.00
11.3168413429073

4. 使用asreml进行对照

建模

library(asreml)
fm2 = asreml(h1 ~ Spacing + Rep, random = ~ Fam, data=fm,trace=F)

固定因子检验

anova(fm2) # 固定因子显著性检验, 这里anova 是anova.asreml
Df Sum of Sq Wald statistic Pr(Chisq)
(Intercept) 1 253059.46646 4985.08358 0.000000e+00
Spacing 1 1164.71720 22.94406 1.667844e-06
Rep 4 5339.63197 105.18678 0.000000e+00
residual (MS) NA 50.76333 NA NA

随机因子显著性检验

这里首先构建一个空模型, 然后使用LRT检验

fm_Null = asreml(h1 ~ Spacing + Rep, data=fm,trace=F)

lrt.asreml(fm2,fm_Null) # 随机因子显著性检验LRT
Df LR statistic Pr(Chisq)
fm2/fm_Null 1 89.31466 0
summary(fm2)$varcomp[,1:2] # 方差组分
gamma component
Fam!Fam.var 0.2229334 11.31684
R!variance 1.0000000 50.76333

5. 关于混合线性模型计算R2

还有一个包叫MuMIn,也可以计算R2

library(MuMIn)
r.squaredLR(fm1)#计算R2

0.217233511687581

6. 完整代码分享

# 混合线性模型, 如何检测固定因子和随机因子

###载入数据
library(lme4)
library(lmerTest)
library(sjstats)
library(learnasreml)
data(fm)
str(fm)

### 固定因子: Spacing+Rep, 随机因子: Fam
fm1 <- lmer(h1 ~Spacing + Rep + (1|Fam), fm)
summary(fm1)

anova(fm1) # 固定因子显著性检验
ranova(fm1) # 随机因子显著性检验,LRT

r2(fm1) # 计算R2

p_value(fm1) # 计算每个水平的显著性

re_var(fm1) # 计算方差组分


### 对比asreml
fm2 = asreml(h1 ~ Spacing + Rep, random = ~ Fam, data=fm)
anova(fm2) # 固定因子显著性检验, 这里anova 是anova.asreml
fm_Null = asreml(h1 ~ Spacing + Rep, data=fm)
lrt.asreml(fm2,fm_Null) # 随机因子显著性检验LRT
summary(fm2)$varcomp[,1:2] # 方差组分


library(MuMIn)
r.squaredLR(fm1)#计算R2

在这里插入图片描述

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