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Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 1

3.5.6 Método de Scheffé para a comparação de todos os contrastes

.

• Scheffé (1953) propôs um método para comparar qualquer e todos os possíveis contrastes entre médias de tratamento.

• Em seu método, o erro tipo I é no máximo  comparações possíveis.

para qualquer das • Suponha um conjunto de

m

contrastes das médias de tratamento.

l

i a

  1

c il

i

,

l

 1 , 2 ,...,

m C l

i a

  1

c il y i

.

Var(

C l

)   2

i a

  1

c il

2 tal que o erro padrão de

C l

é

n i SC l

MS E i a

  1

c il

2

n i

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 2

3.5.6 Método de Scheffé para a comparação de todos os contrastes.

  

H H

1 0 : 

l

: 

l

 0  0

RC

:

C l

S

 ,

l

com

S

 ,

l

SC l

(

a

 1 )

F

 ,

a

 1 ,

N

a

O procedimento de Scheffé também pode ser usado para construir intervalos de confiança para todos os contrastes possíveis entre as médias de tratamento.

IC

( 

l

, 1   ) :

C l

S

 ,

l

intervalos simultâneos tal que o nível de confiança conjunto é pelo menos 1  .

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 3

Chapter 3

Exemplo

 1  2

C

1     1  1     2 4  193 , 80   3

C

2    4  155 , 80

SC

1  16 , 34

SC

2  11 , 55

S

0 .

01 , 1  65 , 09

S

0 .

01 , 2  45 , 97

RC

:

C

1

C

2  65 , 09  45 , 97 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 4

3.5.7 Comparação de pares de médias de tratamento • Nesse caso poderíamos fazer 

l

 

i

 

j

, 

i

j

e usar Scheffé.

Porém, nesse contexto, o método de Scheffé não é o mais sensível para tais comparações.

Existem vários métodos para esse tipo de comparação.

Veremos os dois mais populares.

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Teste de Tukey

• Suponha uma ANOVA na qual a hipótese nula de médias iguais foi rejeitada e que deseja-se testar as hipóteses

H

0 : 

i

 

j

, 

i

j

,

i

,

j

 1 , 2 ,...,

a

• Tukey (1953) propôs um procedimento para o qual o nível de significância global é exatamente  , quando os tamanhos amostrais são iguais e, no máximo  , quando os tamanhos são desiguais.

• Também é possível usar esse método para construir intervalos de confiança para as diferenças entre médias.

•Os intervalos têm nível de confiança conjunto de 100(1 no caso balanceado e pelo menos 100(1  )% no caso não balanceado.

 )% Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 6

Teste de Tukey para a comparação de pares de médias • O procedimento de Tukey usa a estatística

studentizada q

e 

y y

min max 

y

min , com

MS E n

 Min {

y

1 .

,

y

2 .

,...,

y

max

y a

.

}  Max {

y

1 .

,

y

2 .

,...,

y a

.

} • Valores da distribuição da estatística

q

foram tabulados

q

 (

p

,

f

), com

p

n.de

tratament os e

f

n.

de graus de liberdade • Para um experimento balanceado, o teste de Tukey rejeita a hipótese nula se

MS y i

.

y j

.

T

 

q

 (

p

,

f

)

n E

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 7

Teste de Tukey para a comparação de pares de médias • Equivalentemente, podemos construir intervalos de confiança de 100(1  )% para todos os pares dados por

y i

.

y j

.

q

 (

p

,

f

)

MS E

,

n i

j

• Quando as amostras são não balanceadas

T

 

q

 (

p

,

f

) 2

MS E

1

n i

 1

n j

Chapter 3

IC

( 

i

 

j

, 1   ) :

y i

.

y

.

j

q

 (

p

,

f

) 2

MS E

1

n i

 1

n j

Procedimen to de Tukey Kramer Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 8

Teste de Tukey para a comparação de pares de médias • No R, há as função

TukeyHSD

e

plot(TukeyHSD).

Tukey multiple comparisons of means 95% family-wise confidence level Fit: aov(formula = dados$y ~ dados$rf) $`dados$rf` diff lwr upr p adj p180-p160 36.2 3.145624 69.25438 0.0294279

p200-p160 74.2 41.145624 107.25438 0.0000455

p220-p160 155.8 122.745624 188.85438 0.0000000

p200-p180 38.0 4.945624 71.05438 0.0215995

p220-p180 119.6 86.545624 152.65438 0.0000001

p220-p200 81.6 48.545624 114.65438 0.0000146

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 9

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 10

Comparação de médias

• É possível obter um teste F global da ANOVA significativo e, ao comparar todos os pares de médias, concluirmos que as diferenças não são significativas.

• Essa situação pode ocorrer porque o teste F está considerando simultaneamente todos os contrastes possíveis envolvendo as médias de tratamento e não somente os pares.

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Método de Fisher da menor diferença significante (mds) • O método de Fisher da menor diferença significante para comparar todos os pares de média controla a taxa de erro  para cada comparação individual, mas não a taxa de erro global do experimento.

• Esse procedimento usa a estatística t para testar a hipótese H 0 :  i =  j .

t

0 

i

.

y j

.

MS E

1

n i

 1

n j

• Supondo uma alternativa bilateral uma região crítica Para um teste de nível  é:

y i

.

y j

.

t

 / 2 ,

N

a MS E

1

n i

n

1

j

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Método de Fisher da menor diferença significativa (mds) • A quantidade

MDS

t

 / 2 ,

N

a MS E

1

n i

 1

n j

é chamada menor diferença significativa. Se o experimento é balanceado

MDS

t

 / 2 ,

N a

2

MS E

/

n

• Para usar um procedimento de Fisher, simplesmente comparamos a diferença observada em cada par com a correspondente MDS.

• O risco global  pode ser consideravelmente inflacionado por esse método.

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 13

Que método usar?

• Não existe uma resposta e muitos estatísticos discordam sobre a utilidade dos vários procedimentos.

• Carmer e Swanson (1973) realizaram uym estudo de simulação de Monte Carlo de vários procedimentos de comparações múltiplas, incluindo procedimentos que não foram apresentados aqui.  O método MDS é efetivo para detectar diferenças verdadeiras se aplicado somente após o teste F da ANOVA ter resultado significante a 5%, apesar do método não controlar a taxa de erro global.

 Muitos preferem o método de Tukey por controlar a taxa de erro global.

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Comparações de médias de tratamento com um controle • Se um dos tratamentos é um controle e se está interessado em comparar cada um dos outros

a

-1 tratamentos com o controle, apenas

a

1 comparações são feitas.

• Um procedimento para fazer essas comparações foi desenvolvido por Dunnett (1964). Suponha que entre os tratamentos, o

a

ésimo seja o controle e que 

H

 

H

1 0 : : 

i

i

  

a

a

• O procedimento é uma modificação do teste t usual.

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 15

Procedimento de Dunnett

• Para cada hipótese calcula-se a diferença

y i

.

y a

.

,

i

 1 ,...,

a

 1

RC

:

y i

.

y a

.

d

 (

a

 1 ,

f

)

MS E

1

n i

 1

n j

em que a constante

d

Aqui,  é obtida por meio de tabela apropriada.

é o nível conjunto dos

a

-1 testes.

Quando comparamos tratamentos com um controle, uma boa estratégia é usar mais observações no controle do que nos demais.

A razão

n a /n

de

a

. de ve ser aproximadamente igual à raiz quadrada Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 16

3.7 Sample Size Determination Text, Section 3.7, pg. 101

FAQ

in designed experiments • Answer depends on lots of things; including what type of experiment is being contemplated, how it will be conducted, resources, and desired

sensitivity

• Sensitivity refers to the

difference in means

that the experimenter wishes to detect • Generally,

increasing

the number of

replications increases

the

sensitivity

or it makes it easier to detect small differences in means Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 17

Sample Size Determination Fixed Effects Case

• Can choose the sample size to detect a specific difference in means and achieve desired values of

type I and type II errors

• • Type I error – reject

H

0 • • Type II error – fail to reject

H

0

Power

= 1 

Operating characteristic curves

n a

i

 1

a

  2

i

2 Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 18

Sample Size Determination Fixed Effects Case---use of OC Curves

• The

OC curves

for the fixed effects model are in the Appendix, Table V • A very common way to use these charts is to define a difference in two means

D

of interest, then the minimum  2  

nD

2

a

 2 of

n

until the

desired power

sample size calculations

D

/ is achieved – see page 103  • Most statistics software packages will perform power and • There are some other methods discussed in the text Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 19

Power and sample size calculations from Minitab (Page 103) Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 20

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 21

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 22

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 23

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 24

Chapter 3 Design & Analysis of Experiments 7E 2009 Montgomery 25

Sugestão de exercícios do capítulo 3 • 1,2,4,6,8 a 11, 16, 18 a 20