Fisher 精确检验与卡方检验(10X单细胞和10X空间转录组的基础知识)

  • Fisher精确检验是基于超几何分布计算的,它分为两种,分别是单边检验(等同于超几何检验)和双边检验。
  • 应用于将对象分成两组后的分类数据,以检查两组分类间是否有显著关系。

举个例子:

  • 我想知道颜值高的人是不是数学成绩也好(数据瞎编的),于是我们随机抽出10个人,5个颜值高,5个颜值低,对应的考试成绩如下表(这个表叫做列联表,英文是contingency table):
image

零假设:颜值跟成绩无显著相关性。

  • 为了知道能否拒绝零假设,我们下面做个Fisher精确检验(单边检验)

第一步:想知道零假设是否成立,就要看这组数据是不是随机偶然一抽就能抽到,因此我们计算零假设成立时,即颜值高与颜值低的人,高分低分的数量相同时,得到这样一组数据的超几何概率

image

第二步:做完上面这一步还不够。如果行总数与列总数(又叫边际总数)不变,零假设不成立时的极端情况应该是,颜值高的学习都好!那么我们可以得到新的列联表:

image
  • 这时,可以计算这个表格的超几何概率,
image
  • 那么Fisher精确检验的P value就是两者加和,即

    image
  • p值越小,我们越有信心拒绝零假设。如果我们以0.05为显著性水平判断值的话,我们可以认为,颜值高的人,数学学得好。

python 实现

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import scipy.stats as stats

obs2 = [[9,3], [1,7]]
aa, bb=stats.fisher_exact(obs2, alternative='greater')
print(aa,bb)
21.0 0.009883305548940234

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卡方检验

  • 卡方检验就是统计样本的实际观测值与理论推断值之间的偏离程度,实际观测值与理论推断值之间的偏离程度就决定卡方值的大小,卡方值越大,越不符合;卡方值越小,偏差越小,越趋于符合,若两个值完全相等时,卡方值就为0,表明理论值完全符合。

  • 四格表的卡方计算公式:

    image
  • 卡方检验一般要求交叉表中的单元格内的数值或者期望值大于5, 当这个条件不满足的情况下, 需要对其进行校正, 一般用Yates’s校正公式计算卡方值. 计算公式是:

image

Python中我们用scipy模块scipy.stats.chi2_contingency来计算卡方及其P值:

from scipy.stats import chi2_contingency
#未校正的卡方
chi2_contingency([[44, 4], [32, 10]],False)
#下面的结果依次是:卡方值, p值, 自由度, 期望频率
(4.0843179377013969, 0.043282916905174974, 1, array([[ 40.53333333,   7.46666667],
       [ 35.46666667,   6.53333333]]))
#校正过的卡方
chi2_contingency([[44, 4], [32, 10]],True)
(2.9911133861439323, 0.083722586239569685, 1, array([[ 40.53333333,   7.46666667],
       [ 35.46666667,   6.53333333]]))

总结

1.所有的理论数T≥5并且总样本量n≥40,用Pearson卡方进行检验.
2.如果理论数T<5但T≥1,并且n≥40,用连续性校正的卡方进行检验.
3.如果有理论数T<1或n<40,则用Fisher’s检验.

参考文献

https://www.zhihu.com/question/28637406

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