第3章 SAS对应分析
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第3章 对应分析
第1节 方法的概述
主成分分析、因子分析、变量聚类分析都是研究变量之间的相互关系。有时,在某些实际问题中,既要研究变量之间的关系、还要研究样品之间的关系。不仅如此,人们往往还希望能在同一个直角坐标系内同时表达出变量与样品两者之间的相互关系。实现这一目的的方法,称为对应分析(Correspondence Analysis)。
对应分析,也称相应分析,它是列联表资料的加权主成分分析,用它去寻求列联表的行列变量之间联系的低维图示法。此方法的关键是利用一种数据变换方法,使含有n个样品m个变量的原始数据矩阵 变成另一个矩阵 ,并使R=Z'Z(分析变量之间关系的协方差矩阵)与Q=ZZ'(分析样品之间关系的协方差矩阵)具有相同的非零特征根,它们相应的特征向量之间也有密切的关系。对协方差矩阵R、Q进行加权主成分分析或因子分析,分别能提取两个最重要的公因子R1、R2与Q1、Q2。由于采取的是一种特殊变换方法,公因子 R1与Q1在本质上是相同的,同理,R2与Q2在本质上也是相同的,故可用dim1作为R1、Q1的统一标志;用dim2作为R2、Q2的统一标志,于是可将(R1,Q1)和(R2,Q2)两组数据点在由(dim1,dim2)组成的同一个直角坐标系中。这样,便于考察变量与样品之间的相互关系。
第2节 对应分析中的变量变换方法
设原始数据矩阵X=(xij)nm,i=1,2,…,n(n为样品数);j=1,2,…,m(m为变量数)。又设xi.为第i行的合计、x.j为第j列的合计、x..为全部数据的合计,则变量变换的公式为: (6.3.1)
由此变换产生出矩阵Z,即 。分别对R=Z'Z与Q=ZZ'进行加权主成分分析或因子分析,就实现了对应分析。
从这种变换可以看出:原始数据xij并非一定是频数,也可以是正实数。这说明对应分析可以处理R×C列联表资料,也可处理适合作主成分分析、因子分析、聚类分析的资料。
第3节 用CORRESP过程实现对应分析
[例6.3.1] 我们知道:疾病与人的基因型密切有关,而不同民族各种基因出现的频率不尽相同。下面是某研究者收集到的资料,试分析各种基因频率与民族之间的关系。各民族下面的小数是44种基因出现的频率。
基因型 藏族(Z) 尼泊尔(N) 印度(Y) 汉族(H) 基因型 藏族(Z) 尼泊尔(N) 印度(Y) 汉族(H)
A1 0.0308 0.0180 0.1190 0.0149 B38 0.0465 0.0470 0.0030 0.0015
A2 0.3333 0.1070 0.1480 0.3492 B39 0.0102 0.0000 0.0090 0.0176
A3 0.0204 0.0190 0.1010 0.0176 B46 0.0102 0.0090 0.0000 0.1813
A9 0.3037 0.2790 0.1560 0.1414 B48 0.0572 0.1500 0.0030 0.0108
A10 0.0409 0.0180 0.0390 0.0313 B50 0.0102 0.0180 0.0370 0.0000
A11 0.1354 0.4220 0.1260 0.2977 B53 0.0050 0.0000 0.0060 0.0000
A28 0.0000 0.0180 0.0830 0.0094 B54 0.0153 0.0000 0.0000 0.0176
A30 0.0413 0.0000 0.0000 0.0217 B55 0.0572 0.0280 0.0260 0.0217
A31 0.0518 0.0370 0.0220 0.0121 B56 0.0102 0.0090 0.0060 0.0040
A32 0.0000 0.0190 0.0390 0.0013 B57 0.0050 0.0180 0.0390 0.0341
A33 0.0000 0.0670 0.0830 0.0608 B58 0.0000 0.0670 0.0330 0.0139
B5 0.2828 0.1180 0.1340 0.0825 B60 0.0626 0.0280 0.0220 0.0723
B7 0.0000 0.0190 0.0800 0.0244 B61 0.0899 0.0000 0.0830 0.1080
B8 0.0102 0.0118 0.0450 0.0094 B70 0.0050 0.0000 0.0080 0.0000
B12 0.0102 0.0370 0.0660 0.0121 C1 0.0899 0.0370 0.0230 0.1716
B13 0.0102 0.0770 0.0060 0.0650 C2 0.0204 0.0000 0.0730 0.0397
B14 0.0000 0.0000 0.0060 0.0013 C3 0.1798 0.1070 0.0830 0.3269
B15 0.1923 0.2540 0.0960 0.1092 C4 0.1651 0.0770 0.1340 0.0495
B18 0.0050 0.0280 0.0220 0.0000 C5 0.0000 0.0090 0.0160 0.0054
B27 0.1067 0.0000 0.0260 0.0204 C6 0.0256 0.2450 0.0450 0.0081
B35 0.0626 0.0570 0.1480 0.0342 C7 0.1712 0.2180 0.1190 0.1152 B37 0.0102 0.0180 0.0090 0.0067 C8 0.0050 0.0000 0.0040 0.0027
数据文件名为SCWCORS.DAT,可以写成22行10列或44行5列的数据矩阵,即把右边的5列写在左边5列数据之下,这样在计算结果中基因型的顺序就与原来的顺序一致了。
[SAS程序]──[D6P4.PRG]
DATA b; TEXT =jy;
INFILE 'a:scwcors.dat'; SIZE =2;
INPUT jy$ z n y h; LABEL X='Dimension 1'
PROC CORRESP OUTC=ccc; Y='Dimension 2';
VAR z n y h; KEEP X Y TEXT XSYS YSYS SIZE;
ID jy; RUN;
RUN; GOPTION DEVICE=EGA;
PROC GPLOT DATA=ccc;
DATA ccc; SYMBOL1 V=NONE;
SET ccc; AXIS1 LENGTH=5 IN ORDER=-0.9 TO 0.9 BY 0.2;
X =dim1; AXIS2 LENGTH=5 IN ORDER=-0.9 TO 0.9 BY 0.2;
Y =dim2; PLOT Y*X=1 / ANNOTATE=ccc FRAME HAXIS=AXIS1
XSYS ='2'; VAXIS=AXIS1 HREF=0 VREF=0;
YSYS ='2'; RUN;
(程序的第1部分) (程序的第2部分)
[程序修改指导] 如果不想绘图或没有GRAPH(绘图)模块,可只用程序第1部分的前7行。若数据文件的格式是22行10列,在INPUT语句的分号之前应加@@符号。INPUT语句中所写的变量名应与VAR语句、ID语句和TEXT语句中的变量名一致。jy(基因)、Z(藏族)、N(尼泊尔)、Y(印度)、H(汉族)。
GOPTIONS是调用GPLOT过程绘图所需的设置语句,DEVICE=规定用来绘图的设备名称,若在其后写VGA或EGA,表明只在显示器上显示图形;若写打印机的型号,则表明要将图形绘在打印机上。若用户的打印机型号与GRAPH规定的型号一致,则可正常执行下去;否则,需从SAS说明书或SAS软件的帮助信息中查找与自己机型接近的型号,试验几种型号,也许能找到合适的设备代号。
[输出结果及其解释] The Correspondence Analysis Procedure
Inertia and Chi-Square Decomposition
① ② ③ ④ ⑤
Singular Principal Chi- Values Inertias Squares Percents 8 16 24 32 40
----+----+----+----+----+---
0.42302 0.17895 1.83072 41.61% **************************
0.39266 0.15418 1.57736 35.85% **********************
0.31137 0.09695 0.99184 22.54% **************
------- -------
0.43007 4.39992 (Degrees of Freedom = 129)
这里最有用的是第②列,即矩阵R的特征值。将根据前两个较大的特征值分别算出与样品(基因型)轰量(民族)对应的特征向量。
Column Coordinates
Dim1 Dim2
Z -.202490 0.008300
N 0.365818 -.546045
Y 0.452903 0.575439
H -.591500 0.042981
这是每个变量(指Z、N、Y、H)在两个公因子上的负荷,其结果可表示为∶
Z=-0.202490Dim1+0.008300Dim2 N= 0.365818Dim1-0.546045Dim2
Y= 0.452903Dim1+0.575439Dim2 H=-0.591500Dim1+0.042981Dim2
在以dim1与dim2作为横轴与纵轴的直角坐标系内,每个变量就是1个点,如Z(藏族)点的坐标为(-0.202490,0.008300)。显然,Z(藏族)、H(汉族)两个点在第2象限内;N(尼泊尔)点在第4象限内、Y(印度)点在第1象限内。 这4个点中任何两点之间的欧氏距离如下: