跳到主要内容

差异性分析-等价界

单样本等价检验

用 TOST 检验一列定量均值是否落在相对目标值预先写好的等价区间里,而不是检验「是否等于目标值」。

更新日期 2026-08-29 组间差异

这篇能回答什么

单样本等价检验问的是:「这一批观测的均值,有没有被证明落在 μ₀±Δ 里面?」它把「不够接近」拆成两条单侧原假设(Schuirmann TOST):均值是否仍然偏在下界之外,以及是否仍然偏在上界之外。两条都拒绝,才允许写「与目标等价」。普通单样本 t 拒绝的是「均值恰好等于 μ₀」,p 很大只表示没抓住差异,绝不等于已经证明够近。

教学清单按三条独立批次(或三个已发表样本)切开,各自可以对同一个规格中心做一次 TOST:批次 A 82 次(35.34%)、批次 B 39 次(16.81%)、批次 C 111 次(47.84%),合计 232。B 只有三十九次观测,同样的 Δ 下区间更宽,最容易「点估计在界内、区间却探出界外」。

什么时候不该用

你还没有事先写下 Δ,只是看完数据才去找一条刚好套住均值的界,这不是等价检验。若问题仍是「和 75 分常模有没有差别」,用单样本T检验。分布很偏、更关心中位数是否贴着目标,用单样本Wilcoxon符号秩检验作位置对照,但那仍是 NHST,不是 TOST。两个独立组之间的等价见双样本等价检验。

如何选择方法

先写研究声称:要证明「有差别」,还是要证明「足够没有实质差别」。后者必须带 Δ。一个目标值、一列分数 → 单样本 TOST;两列独立组 → 双样本 TOST;同一人前后两列 → 配对 TOST。没有 Δ 的「看看 p 大不大」全部回到普通 t / Wilcoxon。

  • 单样本等价检验:一列定量、一个 μ₀、一对本预先写好的 ±Δ。

  • 单样本T检验:H₀ 为 μ=μ₀,用来抓差异,不声明等价。

  • 双样本等价检验:两组均值差对 (−Δ, Δ)。

  • 单样本Wilcoxon:对目标中位数的非参数 NHST,原假设仍是「没有位置差」。

输入、输出与限制

输入

一列定量观测(练习簿用「语文成绩」或「数学成绩」对预先规定的常模 / 规格中心),一个目标值 μ₀,以及在看数据之前写下来的下界与上界(常取对称 ±Δ)。若按「年级」拆成三条批次分别声明等价,每一次 TOST 只用该批次自己的分数,不要把三档混成一列还假装是三次独立检验。

  • 检验变量:1 个定量列(如语文成绩)。

  • 目标与等价界:μ₀ 与 (μ₀−Δ, μ₀+Δ),Δ>0 且预先指定。

输出

教学表给出三条批次的有效次数与占比,提醒你每一次 TOST 的 n 不同。图把均值(或均值相对 μ₀ 的位移)画在 ±Δ 色带上,并给出对应 1−2α 的区间:整段区间都躺在色带里才能声明等价。本教学图的色带按 ±0.5 标尺画出,区间右端探出色带,属于「尚未建立等价」。

产品限制

  • Δ 不能空着让软件「按 SD 自动给一条」还当成验证性结论。

  • 批次 B 仅 39 人时,同样 Δ 下功效最低,失败多半是区间太宽。

  • 一次声明针对一个 μ₀;把语文、数学轮流换目标,要当多次检验写清楚。

  • 图上的色带宽度以你输入的 Δ 为准;本页示例图使用 ±0.5 便于阅读刻度。

案例

研究问题。 产线或教务处规定:某项定量指标相对规格中心的偏离必须小到可忽略(教学图用 ±0.5 作为界的示意刻度)。三次独立抽检(类别 A/B/C)分别留下一批「语文成绩」式的连续读数,要判断每一批能不能声明贴着目标。

三次抽检人数为 A 82(35.34%)、B 39(16.81%)、C 111(47.84%),合计 232。C 接近半数,区间通常更窄;B 不到两成,最容易出现「均分看起来靠近目标,但 TOST 过不了」。练习请下载定量成绩表,指定「语文成绩」对一个事先写好的常模,需要按「年级」分开声明时再拆三次运行。

下载教学示例表(定量成绩,练习对常模做 TOST)

在 StatsX 中操作

  1. 步骤 1 · 先写目标与 Δ,再打开表

    在纸上写下 μ₀ 与 ±Δ(例如某校语文常模与可接受偏离)。然后把定量成绩表拖进工作台,确认「Sheet1」含「语文成绩」「数学成绩」,可选「年级」作拆批。

  2. 步骤 2 · 看列画像里的定量尺度

    语文、数学应为连续分。若打算按年级做三次声明,确认三档都有足够人数;对照本页,B 这种 39 人的批次要预期更宽的区间。

  3. 步骤 3 · 进入「单样本等价检验」

    目录搜索「等价」或 TOST,点选单样本等价检验。不要点成普通单样本 t——那条路没有等价界。

  4. 步骤 4 · 指定分数列、μ₀ 与界

    检验变量勾选「语文成绩」(或「数学成绩」)。填入预先写好的目标与上下界。按「年级」拆批时只保留当前批次的行再运行。

  5. 步骤 5 · 看区间是否被色带吃进去

    先对人数:A/B/C 是否为 82 / 39 / 111。再看图:点可以在 ±Δ 内,只要横线探出界,就不能写「已证明等价」。

上传定量成绩表以便对常模做单样本 TOST
先有 Δ,再上传含语文、数学成绩的练习簿。
列画像确认语文成绩为定量
定量列用于对准 μ₀;年级只用于拆批,不是等价界。
目录中的单样本等价检验
选定「单样本等价检验」。
指定语文成绩、目标值与等价界
分数列、μ₀ 与预先写好的 ±Δ 一次给齐。

如何阅读输出

构成表回答「这一次 TOST 站在哪一批、多少人上」。A 82 人(35.34%)、B 39 人(16.81%)、C 111 人(47.84%),合计 232。三次声明若都要做,应看成三次检验,而不是把 232 人平均成一次超级 TOST。

单样本等价检验结果表
项目类别统计量取值
单样本等价检验类别 A频数82
单样本等价检验类别 B频数39
单样本等价检验类别 C频数111
单样本等价检验合计有效样本 N232
单样本等价检验类别 A占比(%)35.34
单样本等价检验类别 B占比(%)16.81
单样本等价检验类别 C占比(%)47.84

左右滑动可查看完整表格

教学示例表在 StatsX 工作台中的计算结果口径。

单样本等价检验的批次人数表
工作台中的批次频数,应与上表 82 / 39 / 111 对齐。
单样本 TOST 区间与正负等价界
色带为预先等价界(示例刻度 ±0.5)。横线必须完全落在色带内才能声明等价;本图右端越界,结论是尚未建立等价。

读图顺序与 NHST 相反:不要先问「区间包不包含 0 / 包不包含 μ₀」,而问「区间有没有任何一截露在 Δ 外面」。点估计落在色带中心只说明「看起来挺近」,TOST 要的是整个不确定性都被界吃掉。本教学图正是「点在界内、线探出上界」的典型未通过形态。

批次 B 只占 16.81%,同等方差下标准误大约是 C 批(111 人)的 1.7 倍。B 没通过经常应写成「在预写的 Δ 下功效不够,不能声明等价」,而不是「证明了不等价」。证明不等价需要另设的非劣 / 优越界,或普通 t 拒绝 μ=μ₀ 且效应大到超过 Δ。

理论与公式

设观测 i.i.d.,样本均值 \bar{x}、样本标准差 s、容量 n,预先指定目标 μ₀ 与 Δ>0。TOST 的两条单侧原假设为「偏在下界左侧」与「偏在上界右侧」:

在水平 α 下,两个单侧 p 都小于 α 才声明等价。这与「μ 的 1−2α 置信区间完全落在 (μ₀−Δ, μ₀+Δ) 内」是同一件事:α=0.05 时看的是 90% 区间,不是普通 t 默认的 95% 区间。普通单样本 t 的 H₀: μ=μ₀ 即使 p=0.80,90% 区间仍可能比 2Δ 更长,TOST 照样失败。本教学批次 n 取 82、39、111,同一 s 与同一 Δ 下,39 人的 |t_L|、|t_U| 最容易不够大。

注意事项

  • Δ 必须来自规格、最小重要差或监管文件,不能看完 \bar{x} 再改。

  • 「单样本 t 不显著」与「TOST 声明等价」可以同时成立,也可以一个成立另一个不成立,必须分开报告。

  • 把三年级混成一列再对一个常模,分析总体变成「全校平均」,与按年级三次声明不是同一个问题。

  • α 与区间口径要配对:TOST 用 α 时图上应是 1−2α 区间。

  • 分数若严重偏态,t 型 TOST 的区间覆盖会歪;先看描述与正态性,再决定是否变换。

常见问题

参考文献

  • Schuirmann, D. J. A comparison of the two one-sided tests procedure and the power approach for assessing the equivalence of average bioavailability. Journal of Pharmacokinetics and Biopharmaceutics, 1987, 15(6): 657–680.

  • Lakens, D. Equivalence tests: a practical primer for t tests, correlations, and meta-analyses. Social Psychological and Personality Science, 2017, 8(4): 355–362.

  • Wellek, S. Testing Statistical Hypotheses of Equivalence and Noninferiority. CRC Press.

  • Lakens, D., Scheel, A. M., Isager, P. M. Equivalence testing for psychological research. Advances in Methods and Practices in Psychological Science, 2018, 1(2): 259–269.