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差异性分析-非参数检验

卡方拟合优度检验

用一列定类变量的实际人数,对照事先给定的理论份额,判断偏离是不是超出抽样波动。

更新日期 2026-08-29 组间差异

这篇能回答什么

拟合优度只盯住一个定类变量。它不问「性别和年级有没有关系」,只问「性别这列的人数,是否像我们事先声明的那样分配」。零假设是一套期望比例 π_i(教学示例为男女各 50%);每个类别的期望人数是 N×π_i,再拿实际人数去减。卡方大、P 小,说明样本构成偏离了那套理论份额。

问卷回收后常拿它核对抽样:性别是否接近总体的男女比、年级是否按招生计划的 1:1:1、选项是否均匀。本页学生问卷把「学生性别」对上均匀分布:女 248 人、男 252 人,对照各 250 人的期望。

和独立性卡方不要用混

两列定类交叉、问「行变量与列变量是否独立」,那是卡方检验或列联表,不是本过程。只想报人数和百分比、不下推断,用频数分析。期望格子过小(经验上 <5)时,拟合优度的 χ² 近似会变差,应合并类别或改用精确方法。

如何选择方法

把「一列对理论」和「两列交叉」分开。手里只有学生性别,理论是「总体男女各半」→ 拟合优度。手里还有就读年级,问题是「男女的年级构成是否不同」→ 独立性卡方。还没到检验、只要构成图 → 频数。

  • 卡方拟合优度:恰好 1 个定类检验变量;期望比例可按研究假设指定,本示例为均匀 50% / 50%。

  • Pearson 卡方(独立性):1 个分组定类 × 1–10 个分析定类,看交叉表。

  • 频数分析:同一列的人数与占比,没有期望频数,也没有 P 值。

  • 列联交叉:侧重组内百分比与热力图,检验不是主输出。

输入、输出与限制

角色与期望比例

检验变量只允许 1 列,必须是定类。产品没有「再勾一列一起拟合」的入口——学生性别和就读年级要分开跑。期望比例来自你的零假设,不是从数据里估出来的;本页事实表按均匀分布写入,女、男的期望比例都是 0.5,期望频数都是 250。

结果表怎么长

每一类占一行:项、实际频数、期望频数、实际比例、期望比例、残差、X²、P 值。残差是实际减期望。X² 与 P 值在各类行上重复的是整次检验的统计量,不是把总卡方再切成两半;女行的 0.032 和男行的 0.032 是同一个 χ²(1)。

实现上限

  • 检验变量最多 1 个;想同时看年级,请再运行一次或改用独立性卡方。

  • 期望比例必须自己与假设对齐。沿用 50% / 50% 去检验「本科:研究生=9:1」会答错问题。

  • 编号列、高基数连续列不能当作检验变量。

  • 有效 N 是该列非缺失人数;本示例性别无缺失,N=500。

案例

研究问题。 学校声称抽样「男女各半」。回收学生问卷后,想用正式检验回答:观测到的性别构成,是否仍像从 1:1 总体里抽出的 500 人?

文件是学生问卷,工作表「有效样本数据」。检验变量用第 1 列「学生性别」。女实际 248(比例 0.496),男实际 252(比例 0.504),期望各 250。残差分别是 -2 与 2。χ²=0.032,P=0.858,N=500。下载后按同一列、同一均匀期望即可复现。

下载学生问卷示例(用「学生性别」做拟合优度)

在 StatsX 中操作

  1. 步骤 1 · 打开问卷簿的有效样本表

    把学生问卷 xlsx 送进工作台,活动表选「有效样本数据」。旁边那张「无效样本数据」不要用来复现本页数字。

  2. 步骤 2 · 确认「学生性别」是定类、只有两水平

    列画像里应看到男、女。若被识别成文本编号或出现第三种编码(如「未知」),先清洗再检验,否则期望比例会对不上 50% / 50%。

  3. 步骤 3 · 搜索「拟合优度」而不是「卡方检验」

    目录里「卡方检验」是交叉表独立性。本方法的名称带「拟合优度」。点错会要求你再填一个分组变量。

  4. 步骤 4 · 检验变量只勾学生性别

    角色槽只有检验变量,且上限 1 列。不要把就读年级或学校办学性质一起塞进来。期望按均匀分布(各类 50%)与本页事实表一致。运行。

  5. 步骤 5 · 对残差,再看那个重复出现的 P 值

    女行残差 −2、男行 +2,说明相对 250 只偏了两人。X² 与 P 值两行相同,引用一次即可,不要写成「女生显著、男生也显著」。

工作台上传学生问卷工作簿
上传学生问卷后,活动表切到「有效样本数据」。
目录中选中卡方拟合优度检验
选定「卡方拟合优度检验」,避开普通卡方检验条目。
检验变量槽仅放入学生性别
检验变量勾选「学生性别」,不再添加第二列。

如何阅读输出

从「女」这一行读起:实际频数 248,期望 250,实际比例 0.496,期望比例 0.5,残差 -2。男行对称:实际 252,期望 250,比例 0.504 对 0.5,残差 2。两类残差互为相反数,因为人数加总必须等于 500,一边多两人,另一边就少两人。

卡方拟合优度检验表
项实际频数期望频数实际比例期望比例残差X²P值
女2482500.4960.5-20.0320.858
男2522500.5040.520.0320.858

左右滑动可查看完整表格

X² 列两行都是 0.032,P 值都是 0.858。这不是「女、男各做了一次检验」,而是一次自由度为 1 的拟合优度:两类比例被「加总为 1」锁死,独立信息只有一份。按 α=0.05,不能拒绝「总体男女各半」。洞察里写「三组人数接近」是因为零假设本身就是均匀;差异小才会得到 0.858 这种大 P 值。

卡方拟合优度检验表显示女248男252
工作台结果表应出现女 248、男 252 以及重复的 X²=0.032。
学生性别实际频数与期望频数对照图
实际与期望几乎重叠;引用请用表中的 248 / 252 / 250,不要从图上估。

【检验结论】实际分布与均匀分布(各类别期望各 50.0%)无显著差异(χ²=0.032, p=0.858)。

报告时可写:对「学生性别」做拟合优度,零假设为 π_女=π_男=0.5,χ²(1)=0.032,P=0.858,N=500,未发现与均匀分布的显著差异。不要把 252 对 248 的两人差距写成「男生更多」的实质结论——那是描述,不是本检验拒绝零假设之后才能说的话。

理论与公式

设检验变量有 k 个互斥类别,零假设指定 π_1,…,π_k 且 Σπ_i=1。有效样本 N 下,第 i 类期望频数与 Pearson 统计量为:

在多项分布、N 不太小、各 E_i 足够大时,χ² 近似自由度为 k−1 的卡方分布(比例已被「加总为 1」用掉一维):

本例 k=2,df=1,O_女=248,O_男=252,E=250。每个格子贡献 (2)²/250=0.016,两格相加得 0.032,与表中 X² 一致。残差 O_i−E_i 保留符号,便于看出哪一类过多;标准化残差 (O_i−E_i)/√E_i 本表未单列。P=0.858 是 χ²(1) 上侧尾概率。

注意事项

  • 期望比例是假设,不是样本百分比;用样本自己的占比当「期望」会使 χ² 恒为 0。

  • X²、P 在每一类行重复出现,论文里只报告一次检验。

  • 出现第三类(拒答、其它)时,均匀 50% / 50% 不再成立,必须重写 π 向量。

  • 期望频数过小会让近似变差;两类且 N=500 的本例没有这个问题。

  • 拟合优度显著只说明「与该套 π 不符」,不能指出应该改成哪一套比例。

常见问题

参考文献

  • Agresti, A. Categorical Data Analysis. Wiley.

  • Pearson, K. On the criterion that a given system of deviations from the probable in the case of a correlated system of variables is such that it can be reasonably supposed to have arisen from random sampling. Philosophical Magazine, 1900.

  • 贾俊平. 统计学[M]. 中国人民大学出版社.