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統計ソフトRの使い方を中心に、統計解析方法の解説をするブログ。ありそうでなかなか見つからないサンプルサイズ計算などニッチな方法について紹介しています。

統計ソフトRでロジスティック回帰分析の変数選択はどうやる?

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統計ソフトRを使って、 多重ロジスティック回帰分析でBICを使って、 簡単に変数選択ができる。

BICは、 Bayesian Information Criterionの頭文字語。 統計モデルへのあてはまりを検討するときに、 変数が多すぎると評価が下がる規準になっている。 変数が多ければ多いほど、 統計モデルへのあてはまりはよくなるが、 新たなデータでの予測には向かなくなるし、 そもそも複雑より単純なモデルで記述できたほうがいい。

ロジスティック回帰でbestglm()の使い方

まずbestglmをインストールしておく。

install.packages("bestglm")

  bestglmを呼び出す。

library(bestglm)

  SAheartというデータを使う。

"A retrospective sample of males in a heart-disease high-risk region of the Western Cape, South Africa."

  SAheartの構造を確認する。 Endpointのchd(2値データ)が 最後の列にあることを確認する。 それがbestglmの特殊なところ。 最後のカラムに従属変数。これが必須。

> str(SAheart)
'data.frame':   462 obs. of  10 variables:
 $ sbp      : int  160 144 118 170 134 132 142 114 114 132 ...
 $ tobacco  : num  12 0.01 0.08 7.5 13.6 6.2 4.05 4.08 0 0 ...
 $ ldl      : num  5.73 4.41 3.48 6.41 3.5 6.47 3.38 4.59 3.83 5.8 ...
 $ adiposity: num  23.1 28.6 32.3 38 27.8 ...
 $ famhist  : Factor w/ 2 levels "Absent","Present": 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 ...
 $ typea    : int  49 55 52 51 60 62 59 62 49 69 ...
 $ obesity  : num  25.3 28.9 29.1 32 26 ...
 $ alcohol  : num  97.2 2.06 3.81 24.26 57.34 ...
 $ age      : int  52 63 46 58 49 45 38 58 29 53 ...
 $ chd      : int  1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 ...

  いよいよ計算。 data frameのSAheartを指定して、 familyにbinomialを指定すればOK.

res1 <- bestglm(SAheart, family=binomial)

  結果を表示する。 残った変数はタバコとLDL、家族歴、TypeA性格、年齢。

> res1 <- bestglm(SAheart, family=binomial)
Morgan-Tatar search since family is non-gaussian.
> res1
BIC
BICq equivalent for q in (0.190525988534159, 0.901583162187443)
Best Model:
                  Estimate Std. Error   z value     Pr(>|z|)
(Intercept)    -6.44644451 0.92087165 -7.000372 2.552830e-12
tobacco         0.08037533 0.02587968  3.105731 1.898095e-03
ldl             0.16199164 0.05496893  2.946967 3.209074e-03
famhistPresent  0.90817526 0.22575844  4.022774 5.751659e-05
typea           0.03711521 0.01216676  3.050542 2.284290e-03
age             0.05046038 0.01020606  4.944159 7.647325e-07

  検討した変数の組み合わせ一覧結果を見るなら、res1$Subsets

> res1$Subsets
   Intercept   sbp tobacco   ldl adiposity famhist typea obesity alcohol   age logLikelihood      BIC
0       TRUE FALSE   FALSE FALSE     FALSE   FALSE FALSE   FALSE   FALSE FALSE     -298.0542 596.1084
1       TRUE FALSE   FALSE FALSE     FALSE   FALSE FALSE   FALSE   FALSE  TRUE     -262.7812 531.6979
2       TRUE FALSE   FALSE FALSE     FALSE    TRUE FALSE   FALSE   FALSE  TRUE     -253.3291 518.9293
3       TRUE FALSE    TRUE FALSE     FALSE    TRUE FALSE   FALSE   FALSE  TRUE     -247.6927 513.7921
4       TRUE FALSE    TRUE FALSE     FALSE    TRUE  TRUE   FALSE   FALSE  TRUE     -242.3572 509.2566
5*      TRUE FALSE    TRUE  TRUE     FALSE    TRUE  TRUE   FALSE   FALSE  TRUE     -237.8428 506.3634
6       TRUE FALSE    TRUE  TRUE     FALSE    TRUE  TRUE    TRUE   FALSE  TRUE     -236.9899 510.7933
7       TRUE  TRUE    TRUE  TRUE     FALSE    TRUE  TRUE    TRUE   FALSE  TRUE     -236.2745 515.4979
8       TRUE  TRUE    TRUE  TRUE      TRUE    TRUE  TRUE    TRUE   FALSE  TRUE     -236.0704 521.2253
9       TRUE  TRUE    TRUE  TRUE      TRUE    TRUE  TRUE    TRUE    TRUE  TRUE     -236.0700 527.3601

    Best modelから5番目までの表示させるときは、res1$BestModels

> res1$BestModels
    sbp tobacco   ldl adiposity famhist typea obesity alcohol  age Criterion
1 FALSE    TRUE  TRUE     FALSE    TRUE  TRUE   FALSE   FALSE TRUE  506.3634
2 FALSE    TRUE FALSE     FALSE    TRUE  TRUE   FALSE   FALSE TRUE  509.2566
3 FALSE    TRUE  TRUE     FALSE    TRUE FALSE   FALSE   FALSE TRUE  509.9861
4 FALSE   FALSE  TRUE     FALSE    TRUE  TRUE   FALSE   FALSE TRUE  510.5745
5 FALSE    TRUE  TRUE     FALSE    TRUE  TRUE    TRUE   FALSE TRUE  510.7933

  Best modelのestimates (coefficients)を表示させるときは、res1$BestModel

> res1$BestModel

Call:  glm(formula = y ~ ., family = family, data = Xi, weights = weights)

Coefficients:
   (Intercept)         tobacco             ldl  famhistPresent           typea             age  
      -6.44644         0.08038         0.16199         0.90818         0.03712         0.05046  

Degrees of Freedom: 461 Total (i.e. Null);  456 Residual
Null Deviance:      596.1 
Residual Deviance: 475.7        AIC: 487.7

 

まとめ

ロジスティック回帰分析で、情報量規準でベストな変数を自動で選んでくれるのがbestglm()だ。

一つ一つの変数のエンドポイントへの関連性を見たい研究の場合は、結果を参考にして、最終の変数セットは研究者が決める。

たとえば、今回obesityが選ばれていないが、chd (coronary heart disease) の研究をしているのにobesityを調整しないのはまずい。LDLだって調整しないわけにはいかないだろう。

つまり、数値の上で当てはまりのよい変数セットがあっても、疫学研究としては加味しないわけにいかない変数はたくさんある。

先行研究、知られているエビデンス、生物学的蓋然性などを考慮して最終モデルは研究者自身が決める。