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差异性分析-参数检验

事后多重比较

在多组均值的整体检验之后,用校正过的两两比较指出差异究竟落在哪一对组别。

更新日期 2026-08-29 组间差异

这篇能回答什么

事后多重比较回答的是「k≥3 个独立组的均值不全相等」之后的下一问:哪一对水平真的不同。单因素 F 只能拒绝「全部 μ 相等」,不能点名高一相对高三、高一相对高二。本过程先给出与单因素方差分析相同的齐性、组均值与整体 F,再追加一张两两表:每一行是一组 (I) 对一组 (J) 的均值、差值 (I−J) 与校正后的 P。

StatsX 的两两比较采用 Tukey-Kramer(学生化极差),在方差大致齐、各组 n 不必完全相等时控制族错误率。理论对照里还要分清 Bonferroni(把未校正 p 乘比较次数)和 Games-Howell(各组用自己的方差,类似 Welch)。本页教学数据方差齐,Tukey 是匹配的口径。

什么时候不该用

分组只有两类时,整体检验已经是那一对的比较,系统不会再追加两两表,请直接看独立样本 t 检验。整体 F 不显著时,不要靠翻 pairwise P 去「捞」差异。严重偏态或定序结局应先考虑Kruskal-Wallis 检验及其秩次事后比较,而不是把 Tukey 当成万能补丁。

如何选择方法

先完成设计与整体检验,再决定校正方式。独立多组、关心均值 → 单因素 ANOVA,显著后再进本页;独立多组、关心秩位置 → Kruskal-Wallis。齐性成立选 Tukey 或 Bonferroni;Levene 拒绝且组大小悬殊,文献里更稳妥的是 Games-Howell。只想和对照组比、不需要所有对,用 Dunnett,而不是把对照以外的两两也报一遍。

  • 事后多重比较:1 个多分类分组,1–10 个定量检验变量;先输出 ANOVA,再输出 Tukey-Kramer 两两差值与 P。

  • 单因素方差分析:只要整体 F,不展开每一对。

  • 方差齐性检验:单独核对 Levene,再决定 Tukey 还是改用不等方差程序。

  • Kruskal-Wallis 检验:多组独立样本的非参数位置检验。

输入、输出与限制

输入

分组变量为定类,有效水平通常至少 3 个;检验变量为连续定量。学号、姓名这类编号不能当分组。

  • 分组变量:最少 1 个,最多 1 个。

  • 检验变量:最少 1 个,最多 10 个定量变量。

输出

四张表连在一起:Levene 齐性;各组 n、均值、标准差;效应量表(组间平方和、总平方和、偏 η²、Cohen’s f、F、P);事后多重比较结果((I)/(J) 名称、两组均值、差值、P)。另有组均值图与文字洞察。

产品限制

  • 有效组别 ≤2 时只保留 ANOVA,不生成两两表——两类设计请改用独立样本 t。

  • 两两 P 来自 Tukey-Kramer,不是 LSD,也不是默认的 Bonferroni 或 Games-Howell。

  • SPSS 若勾选 LSD,未校正 p 会比本表更小,不能拿 LSD 行来「核对」。

  • 各检验变量按列删缺失,不同科目的各组 n 可以不一致。

案例

研究问题。 定量成绩表按年级分成高一、高二、高三,研究者已经打算比较语文成绩,并想在「如果整体有差异」时指出是哪两个年级拉开了分数。

教学示例工作表为「Sheet1」。语文成绩总计有效样本 790(高一 262、高三 265、高二 263)。三个年级均值挤在 74.6–75.2 分之间。下载后分组变量放年级、检验变量放语文成绩,即可复现本页四张表。

下载教学示例表(定量成绩)

在 StatsX 中操作

  1. 步骤 1 · 上传表格

    把定量成绩 xlsx 拖进工作台,确认工作表名称是 Sheet1。文件大小限制 20 MB。

  2. 步骤 2 · 查看画像与质量

    列画像里「年级」应显示三个水平(高一 / 高二 / 高三),「语文成绩」为定量。学号、姓名不要放进任何角色。

  3. 步骤 3 · 选择「事后多重比较」

    目录搜索「事后」或 Post Hoc,点选事后多重比较。它会连同单因素 ANOVA 一起算完。

  4. 步骤 4 · 指定变量并运行

    分组变量指定年级。检验变量勾选语文成绩(还可再加数学成绩等,上限 10 个)。运行分析。

  5. 步骤 5 · 阅读结果

    先读 Levene 与整体 F。F 不显著就停止对「哪一年级更高」做推断;F 显著再读 (I)(J) 行的差值与 P,并看校正方法是不是你论文声明的那一种。

StatsX 工作台上传定量成绩表
将定量成绩教学表示例拖入上传区。
列画像确认年级与语文成绩
确认年级为三个水平的定类,语文成绩为定量。
在目录中选择事后多重比较
在算法目录中选定「事后多重比较」。
为事后多重比较指定年级与语文成绩
分组变量选年级,检验变量选语文成绩后运行。

如何阅读输出

齐性先行。语文成绩 Levene 统计量 0.873,P=0.418,不拒绝各组方差相等,Tukey-Kramer 的合并均方误差站得住。若这里 P 很小,应在讨论里说明 Tukey 可能偏乐观,并对照 Games-Howell 的思路。

方差齐性检验
变量名Levene统计量P值
语文成绩0.8730.418

组均值几乎重叠:高一 74.756(n=262)、高三 74.56(n=265)、高二 75.171(n=263),总计 74.829(n=790)。

方差分析结果表
变量名组别样本量平均值标准差
语文成绩高一26274.75614.008
语文成绩高三26574.5615.191
语文成绩高二26375.17113.884
语文成绩总计79074.82914.359

左右滑动可查看完整表格

整体检验:组间平方和 51.279,总平方和 162686.278,F=0.124,P=0.883,偏 η²=0,Cohen’s f=0.018。三个年级的语文均值在统计上不能分开。

效应量化分析表
变量名组间平方和总平方和偏Eta方(Partial η²)Cohen’s f值F值P值
语文成绩51.279162686.27800.0180.1240.883

左右滑动可查看完整表格

两两表与整体结论同向。高一−高三差值 0.196,P=0.900;高一−高二 -0.415,P=0.900;高三−高二 -0.611,P=0.865。没有一对低于 0.05。差值 (I−J) 的符号随 (I)(J) 谁在前而变,解释时对照两列均值,不要只看正负号。

事后多重比较结果
变量名(I)名称(J)名称(I)平均值(J)平均值差值(I-J)P
语文成绩高一高三74.75674.560.1960.900
语文成绩高一高二74.75675.171-0.4150.900
语文成绩高三高二74.5675.171-0.6110.865

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事后多重比较结果表
工作台中的齐性、均值、效应量与两两比较表,数字应与上表一致。
各年级语文成绩均值对比图
组均值图只帮助看方向;推断以 F 与两两 P 为准。

Tukey-Kramer 三对比较与整体 F 同向:语文成绩在三个年级之间分不开(F=0.124,P=0.883),高一相对高三只差 0.196 分(P=0.900),没有一对过线。

阅读顺序:Levene → 各组 n 与均值 → 整体 F / 偏 η² → 仅当整体拒绝原假设时,再声明「哪一对不同」。本例三对 P 都在 0.86 以上,任何「高二略高」的句子都只是描述,不能写成年级效应。

理论与公式

设 k 组、组 i 容量 n_i、组均值 \bar{x}_i,组内均方为 MSE,组内自由度 ν=N−k。Tukey-Kramer 用学生化极差统计量比较每一对:

P 值来自参数为 (k, ν) 的学生化极差分布。同时构造的置信区间半宽为 q_{α,k,ν}·SE/√2。组数进入临界值,所以 k 越大,同一差值越难显著——这是在惩罚「所有对都比一遍」。

Bonferroni 不改标准误,只改阈值:若做 m 次比较,把每个未校正双侧 p 乘 m(上限封顶为 1)。m=k(k−1)/2 时它通常比 Tukey 更保守。Games-Howell 把 SE 换成 √(s_i²/n_i+s_j²/n_j),自由度用 Welch–Satterthwaite,再套学生化极差;方差不齐时选它,而不是继续用合并 MSE 的 Tukey。LSD 等于普通 t、不控制族错误率,不能当作「事后校正」。

整体 F 与 Tukey 并不数学等价。F 对「若干个中等差异叠在一起」敏感;Tukey 要求某一对在学生化极差尺度上够大。因此会出现「F 显著、所有 pairwise 都不显著」,或反过来因只计划比少数对而 Bonferroni 比 Tukey 更严。本例两者一致:F=0.124 且三对 P≥0.865。

注意事项

  • 整体不显著时把 pairwise 当主结论,等于放弃事先声明的检验层次。

  • 声明 Tukey 却在 SPSS 里勾 LSD,审稿人按 Tukey 临界值复核会对不上。

  • 比较次数随 k 平方增长;水平很多时预先指定少数对照,或改用 Dunnett。

  • 同一页跑多门成绩等于多族检验,应预先指定主结局。

  • 单元格 n 差一个数量级时,即使 Levene 不显著,也应在文中报告各组 n 与 SD。

常见问题

参考文献

  • Tukey, J. W. Comparing individual means in the analysis of variance. Biometrics, 1949, 5(2): 99–114.

  • Kramer, C. Y. Extension of multiple range tests to group means with unequal numbers of replications. Biometrics, 1956, 12(3): 307–310.

  • Games, P. A., Howell, J. F. Pairwise multiple comparison procedures with unequal n’s and/or variances. Journal of Educational Statistics, 1976, 1(2): 113–125.

  • Maxwell, S. E., Delaney, H. D. Designing Experiments and Analyzing Data. Routledge.