自由度計算機
t検定、カイ二乗分割表、一元配置分散分析、重回帰の自由度を、それぞれに適した公式で計算します。
自由度を求める
統計的検定を選び、必要な標本情報を入力して、利用可能な独立情報の数を計算します。
自由度について
自由度とは、制約や推定したパラメータを考慮した後に残る、独立した情報の数です。仮説検定や信頼区間で使う多くの基準分布の形を決めます。抽象的な用語に聞こえますが、基本は実用的です。ある条件によって一部の値が固定されても、残りの値は自由に変えられるという考え方です。
一標本t検定では、標本平均の推定によって一つの制約が生じるため、n 個の観測値から得られる自由度は n - 1 です。対応のあるt検定では、ペアごとの差の数に同じ規則を適用します。等分散を仮定する二標本t検定は二群の平均を推定し、分散情報をプールするので、自由度は n₁ + n₂ - 2 です。等分散を仮定しない Welch のt検定はより複雑な近似式を用い、この計算機のプールされた分散の選択肢には含まれません。
カイ二乗分割表では、行と列の合計が各セルの度数を制約します。(r - 1)(c - 1) 個のセルの度数がわかると、残りは周辺度数から決まるため、df = (r - 1)(c - 1) です。一元配置分散分析は自由度を群間と群内に分けます。k 群、総観測数 N なら、群間は k - 1、群内は N - k で、合計は全体の自由度 N - 1 になります。
観測数 n、説明変数 p 個の重回帰では、p 個の傾きと一つの切片を推定します。そのため残差自由度は n - p - 1 です。この値は残差分散を推定する分母を決め、正でなければなりません。観測数に対して説明変数が多すぎるモデルでは、ソフトウェアが予測値を出せても、誤差推定に使える情報がほとんど、またはまったく残りません。
実際の分析手法と完全に一致する選択肢を使ってください。検定間で自由度を流用することはできず、特殊な研究設計では別の計算が必要です。反復測定モデル、Welch 検定、混合モデル、補正付きカイ二乗法、ペナルティや複雑な調査重みを使う回帰では、調整値や近似値を用いる場合があります。この計算機は独立した観測を前提とする一般的な教科書の公式を扱います。検定統計量とともに自由度、p値、効果量、仮定を報告し、推論の根拠がわかるようにしてください。
自由度の計算例
| 検定と入力 | 自由度 | 計算 |
|---|---|---|
| 一標本t検定、n = 25 | df = 24 | 平均を一つ推定するため、標本数から一つ差し引きます。 |
| カイ二乗分割表、4 行 3 列 | df = 6 | (4 - 1)(3 - 1) = 6. |
| 一元配置分散分析、4 群、40 観測 | 群間 = 3;群内 = 36 | 二つの成分に k - 1 と N - k を使います。 |
自由度の計算方法
- 予定している分析に合う統計的検定を選びます。
- 必要な標本数、表の行列数、群数、説明変数の数を入力します。
- 「自由度を計算」を選び、その検定の公式を適用します。
- 適切な統計的基準分布で結果を使うか、検定統計量とともに報告します。
自由度のよくある質問
なぜ標本数から一を引くのですか?
標本平均からの偏差の合計はゼロになるため、平均の推定で一つの制約が生じます。n - 1 個の偏差がわかると、最後の偏差も決まります。
自由度が小数になることはありますか?
この計算機の一般的な公式では整数になります。Welch-Satterthwaite の式などの近似手法では、小数の自由度になることがあります。
分散が等しくない場合、どのt検定を選びますか?
Welch のt検定を行う場合、等分散を仮定した二標本の公式は使わないでください。Welch 法は両標本の分散と大きさから自由度を近似します。
分散分析の群内自由度とは何ですか?
群内の説明されない変動を推定するために使える情報量です。一元配置分散分析では、総観測数から群数を引いた値になります。
回帰の残差自由度が正でなければならない理由は?
すべての傾きと切片を当てはめた後に観測情報が残っていなければ、残差の変動を推定できません。ゼロ以下なら、データに対してパラメータが多すぎます。