结构方程模型与AMOS使用.ppt
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1、结构方程模型与结构方程模型与AMOS使用使用Structural Equation Model&Analysis of Moment Structures暨南大学医学院医学统计学教研室暨南大学医学院医学统计学教研室林汉生林汉生什么是结构方程模型?什么是结构方程模型?是分析多个原因和多个结果之间关系、是分析多个原因和多个结果之间关系、能处理潜在变量的多元统计方法,从而能处理潜在变量的多元统计方法,从而进行因果模型设定、模型参数估计和模进行因果模型设定、模型参数估计和模型评价。型评价。内容内容路径分析路径分析探索性因子分析探索性因子分析验证性因子分析验证性因子分析结构方程模型分析结构方程模型分析1
2、路径分析路径分析 1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x xX:Social economical status of parentX:Social economical status of parentY1:Motivition interestY1:Motivition interestY2:Reputation of universiyY2:Reputation of universiyY3:Achievement of child in universityY3:Achi
3、evement of child in university图图15-3 父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响(标准结构回归系数与确定系数(标准结构回归系数与确定系数R2)探索性因子分析探索性因子分析潜在因子潜在因子1表示了孩子的学习状况表示了孩子的学习状况潜在因子潜在因子2表示了家长的知识水平表示了家长的知识水平a a1111a a2121a a3131a a4141a a4242a a3232a a2222a a1212 1 1 2 2 1 1 2 2 3 3 4 4x x2 2x x1 1x x3 3x x4 4a a1111a a
4、2121a a4242a a3232 1 1 2 2 1 1 2 2 3 3 4 4x x2 2x x1 1x x3 3x x4 4验证性因子分析验证性因子分析只需估计特定因子载荷,其余因子载荷只需估计特定因子载荷,其余因子载荷均假定为均假定为0;因子之间的相关系数;因子之间的相关系数2.验证性因子分析验证性因子分析结构方程模型结构方程模型3.结构方程模型(包括单指标因子)结构方程模型(包括单指标因子)结构方程模型的分析步骤结构方程模型的分析步骤模型设定模型设定模型拟合模型拟合模型评价模型评价模型修正模型修正模型解释模型解释内容内容路径分析路径分析探索性因子分析探索性因子分析验证性因子分析验证
5、性因子分析结构方程模型分析结构方程模型分析AMOS使用使用第一节第一节 路径分析路径分析问题的引出问题的引出路径分析的数学模型路径分析的数学模型路径分析模型的基本要素路径分析模型的基本要素路径分析的方法路径分析的方法直接影响、间接影响和总体影响直接影响、间接影响和总体影响路径分析模型的可鉴别性和自由度路径分析模型的可鉴别性和自由度非递归式模型非递归式模型路径分析在医学中的应用路径分析在医学中的应用一、问题的引出一、问题的引出多元线性回归:一组自变量如何影响一多元线性回归:一组自变量如何影响一个因变量。个因变量。当第一个变量影响第二个变量,而第二当第一个变量影响第二个变量,而第二个变量又影响第三
6、个变量,第一个变量个变量又影响第三个变量,第一个变量就间接地影响第三个变量。就间接地影响第三个变量。xy1y2二、路径分析的数学模型二、路径分析的数学模型变量之间的关系:直接、间接、全部变量之间的关系:直接、间接、全部(直接和间接)(直接和间接)模型中的变量:模型中的变量:有的变量不受模型内任何变量的影响,只影有的变量不受模型内任何变量的影响,只影响其他变量响其他变量有的变量既受其它变量影响,又影响其它变有的变量既受其它变量影响,又影响其它变量量xy1y21.路径图路径图在进行路径分析之前,先根据变量之间在进行路径分析之前,先根据变量之间可能存在的或理论上的各种线性关系,可能存在的或理论上的各
7、种线性关系,作出路径图。作出路径图。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1对于任意两个变量对于任意两个变量A和和B,有四种,有四种可能的基本结构关系可能的基本结构关系 递归式模型:递归式模型:AB:A可能影响可能影响B,但反过来不影响,但反过来不影响AB:B可能影响可能影响A,但反过来不影响,但反过来不影响AB:A和和B之间无假定的结构关系,但之间无假定的结构关系,但可能是相关联的。可能是相关联的。非递归式模型:非递归式模型:A B:A可能影响可能影响B,B也可能影响也可
8、能影响A2.变量之间的关系分为两类变量之间的关系分为两类独立变量与非独立变量之间的关系,回独立变量与非独立变量之间的关系,回归系数用归系数用 表示(只有箭头出)。表示(只有箭头出)。非独立变量之间的关系非独立变量之间的关系,回归系数用,回归系数用 表表示(箭头有进,或有进有出)。示(箭头有进,或有进有出)。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 13.路径分析模型路径分析模型 i,ij和和 j是待估的回归系数是待估的回归系数 i 是残差,表示了变量是残差,表示了变量 yi 的
9、随机误差或模的随机误差或模型外的其它变量对型外的其它变量对 yi 的总体影响。的总体影响。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1外来变量和内在变量外来变量和内在变量外来变量:也称外生变量外来变量:也称外生变量(exogenous),只,只受模型以外其它变量影响。外来变量中的受模型以外其它变量影响。外来变量中的观察变量也称为独立变量,用观察变量也称为独立变量,用x表示。误差表示。误差变量也是外来变量。仅有朝外的箭头。变量也是外来变量。仅有朝外的箭头。内在变量:也称内生变量内
10、在变量:也称内生变量(endogenous),受模型内部变量影响的变量。一定有朝内受模型内部变量影响的变量。一定有朝内的箭头,但也有可能有朝外的箭头。的箭头,但也有可能有朝外的箭头。路径分析的数学模型路径分析的数学模型矩阵矩阵,和和 是路径分析模型中待估的是路径分析模型中待估的结构系数矩阵,结构系数矩阵,是残差项矩阵。是残差项矩阵。将变量减去它的均值不会改变变量之间将变量减去它的均值不会改变变量之间的线性关系,变换后消去常数项。的线性关系,变换后消去常数项。4.路径分析的假设条件路径分析的假设条件所有所有y变量为服从多元变量为服从多元正态分布正态分布的随机变量;的随机变量;所有所有x变量为固定
11、变量,无度量误差,相互独立;变量为固定变量,无度量误差,相互独立;所有残差变量是随机变量,服从均值为所有残差变量是随机变量,服从均值为0,方差为,方差为常数的多元正态分布;常数的多元正态分布;每一个每一个y变量的残差变量的残差项之间独立;项之间独立;残差变量与残差变量与x变量不变量不相关。相关。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1三、路径分析的计算方法三、路径分析的计算方法1.基本思想基本思想给参数给参数,一组初始估计值,计算出非一组初始估计值,计算出非独立变量独立变量
12、y的预测值以及残差;的预测值以及残差;令令S是是yi的实测值的方差协方差矩阵,的实测值的方差协方差矩阵,是是yi的预测值的方差协方差矩阵。的预测值的方差协方差矩阵。如果如果S和和没有接近到一定程度,那么再没有接近到一定程度,那么再给出参数的另一组估计值,直到满足精给出参数的另一组估计值,直到满足精度要求为止。度要求为止。2.估计方法估计方法最大似然估计法(最大似然估计法(maximum likelihood estimation)广义最小二乘法(广义最小二乘法(generalized least-squares estimation)非加权最小二乘法(非加权最小二乘法(unweighted l
13、east-squares estimation)(1)最大似然估计法)最大似然估计法要求要求可测变量为连续变量可测变量为连续变量且服从且服从多元正态多元正态分布。在大样本(分布。在大样本(n200)情况下,该估)情况下,该估计的分布近似正态分布。计的分布近似正态分布。该估计不受量纲该估计不受量纲影响。影响。S和和越接近,则最大似然函数越接近,则最大似然函数FML越小越小。使得达到最小值的估计使得达到最小值的估计 称为称为的最大似的最大似然值估计。然值估计。该方法稳健,是最常用的方法,是结构方该方法稳健,是最常用的方法,是结构方程统计软件程统计软件AMOS和和LISREL(Linear Stru
14、ctural Relationship)的默认方法。)的默认方法。(2)广义最小二乘法)广义最小二乘法要求可测变量服从正态分布要求可测变量服从正态分布大样本情况下,与最大似然估计法的结大样本情况下,与最大似然估计法的结果很接近。果很接近。不受量纲影响不受量纲影响(3)非加权最小二乘法)非加权最小二乘法不要求可测变量总体服从正态分布。不要求可测变量总体服从正态分布。试图使试图使中的每个元素与中的每个元素与S中对应的元素中对应的元素差距最小。差距最小。受量纲影响受量纲影响不能对参数进行假设检验不能对参数进行假设检验3.计算标准化回归系数计算标准化回归系数将观察变量标准化将观察变量标准化用观察变量的
15、相关系数矩阵用观察变量的相关系数矩阵用公式用公式 消除了量纲的影响,可以用来比消除了量纲的影响,可以用来比较自变量对因变量的相对重要性。绝较自变量对因变量的相对重要性。绝对值越大,对因变量的贡献越大。对值越大,对因变量的贡献越大。4.模型的整体检验模型的整体检验评价评价S和和的接近程度,等价于评价样本的接近程度,等价于评价样本观察值与模型预测值的差异。方法很多,观察值与模型预测值的差异。方法很多,初学者可使用初学者可使用 2拟合优度检验法。拟合优度检验法。评价每个结构方程的确定系数评价每个结构方程的确定系数R2 5.例题例题例例15-2:为了研究父母的社会经济地位:为了研究父母的社会经济地位(
16、x1)对孩子今后大学学习成绩的影响)对孩子今后大学学习成绩的影响(y3),调查了,调查了4个变量:父母的社会经济个变量:父母的社会经济地位(地位(x1),孩子的学习动机与兴趣(),孩子的学习动机与兴趣(y1),),孩子所在学校的质量或声望(孩子所在学校的质量或声望(y2),孩子在),孩子在大学学习成绩(大学学习成绩(y3)。共调查。共调查3094名学生。名学生。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1SPSS数据文件(数据文件(1)SPSS数据文件(数据文件(2)该内容的计
17、算不用该内容的计算不用“mean”非标准结构回归系数与方差非标准结构回归系数与方差图图15-3 父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响图图15-3 父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响(标准结构回归系数与确定系数(标准结构回归系数与确定系数R2)Amos 17.0 可以显示中文可以显示中文图图15-3 父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响父母的社会经济地位对孩子今后大学学习成绩的影响Estimates Critical Ratio临界比临界比Squared Multiple
18、Correlations结果解释结果解释和线性回归分析一样,非标准系数估计和线性回归分析一样,非标准系数估计值给出一个变量变化一个单位时,另一值给出一个变量变化一个单位时,另一个单位变化的单位数;标准回归系数估个单位变化的单位数;标准回归系数估计值给出了一个变量变化一个标准单位计值给出了一个变量变化一个标准单位时,另一个变量变化的标准单位数。时,另一个变量变化的标准单位数。非标准系数有量纲单位,在同一个模型非标准系数有量纲单位,在同一个模型中不能相互比较大小,但可以作为实际中不能相互比较大小,但可以作为实际意义的解释。意义的解释。标准系数无量纲单位,没有实际意义,标准系数无量纲单位,没有实际意
19、义,但在同一个模型中可以相互比较大小,但在同一个模型中可以相互比较大小,绝对值大的系数对应的变量之间的相关绝对值大的系数对应的变量之间的相关程度强于绝对值小的。本例说明学习动程度强于绝对值小的。本例说明学习动机机y1和学校声誉和学校声誉y2对学习成绩对学习成绩y3的影响的影响大于父母的社会地位大于父母的社会地位x1。确定系数确定系数R2:父母的社会经济状况、学:父母的社会经济状况、学习动机兴趣和学校的知名度仅能解释子习动机兴趣和学校的知名度仅能解释子女大学学习成绩变异的女大学学习成绩变异的10。四、直接影响、间接影响和总体四、直接影响、间接影响和总体影响影响总体影响直接影响间接影响总体影响直接
20、影响间接影响如变量如变量x1对对y3的总体影响的标准系数等的总体影响的标准系数等于路径图中各通道的标准回归系数乘积于路径图中各通道的标准回归系数乘积之和之和 总体影响标准系数总体影响标准系数(x1y3)=0.05+0.110.19+0.110.170.20+0.280.20=0.13总体影响标准系数(总体影响标准系数(y1y3)=0.19+0.170.20=0.22总体影响标准系数(总体影响标准系数(y2y3)=0.20总体影响标准系数总体影响标准系数五、路径分析模型的可鉴别性和自由度五、路径分析模型的可鉴别性和自由度 可鉴别性:模型是否有足够观察变量的方差和可鉴别性:模型是否有足够观察变量的
21、方差和协方差信息去估计未知参数协方差信息去估计未知参数正好可鉴别的模型:有恰好合适的观察变量的正好可鉴别的模型:有恰好合适的观察变量的方差和协方差矩阵信息,使所有未知参数的解方差和协方差矩阵信息,使所有未知参数的解都唯一。都唯一。过分可鉴别的模型:有过多的观察变量的方差过分可鉴别的模型:有过多的观察变量的方差和协方差矩阵信息,使未知参数的方程组有不和协方差矩阵信息,使未知参数的方程组有不唯一的解。唯一的解。不足鉴别的模型:没有足够的观察变量的方差不足鉴别的模型:没有足够的观察变量的方差和协方差矩阵信息,使得模型中未知参数的方和协方差矩阵信息,使得模型中未知参数的方程组无解。程组无解。可鉴别模型
22、的必要条件可鉴别模型的必要条件 c表示模型中观察变量的方差协方差矩阵的信息表示模型中观察变量的方差协方差矩阵的信息(c=k(k+1)/2),),k表示模型中观察变量的个数,表示模型中观察变量的个数,p表示模型中待估计的未知参数的个数。表示模型中待估计的未知参数的个数。cp:可鉴别模型的必要条件:可鉴别模型的必要条件c p:模型一定不可鉴别:模型一定不可鉴别本例本例c=4(4+1)/2=10;p=10;c=p自由度自由度 df=c-p本例本例df=c p10-100当自由度为负数,模型一定不可鉴别。当自由度为负数,模型一定不可鉴别。自由度大于或等于自由度大于或等于0,模型有可能被鉴别,模型有可能
23、被鉴别,也有可能不被鉴别。也有可能不被鉴别。六、非递归式模型六、非递归式模型Nonrecursive ModelA B:A可能影响可能影响B,B也可能影响也可能影响ASPSS 数据文件数据文件 七、路径分析在医学中的应用七、路径分析在医学中的应用 路径分析的最大优点是路径分析的最大优点是可以发现间接影响问题可以发现间接影响问题可以解释一个因素如何通过另一个因素可以解释一个因素如何通过另一个因素影响反应变量影响反应变量 多元线性回归的缺点是多元线性回归的缺点是要求自变量独立要求自变量独立不存在因素之间的相互影响不存在因素之间的相互影响第二节第二节 探索性因子分析探索性因子分析估计因子载荷估计因子
24、载荷确定潜在因子的个数确定潜在因子的个数解释潜在因子的实际意义解释潜在因子的实际意义计算因子得分计算因子得分 每个潜在因子至少支配两个指标变量,每个潜在因子至少支配两个指标变量,但是某些特殊情况中,某个潜在因子只影但是某些特殊情况中,某个潜在因子只影响唯一一个指标变量,称之为单指标因子。响唯一一个指标变量,称之为单指标因子。两个因子的因子分析路径图两个因子的因子分析路径图第三节第三节 验证性因子分析验证性因子分析确定性因子分析确定性因子分析在探索性因子分析基础在探索性因子分析基础之上进行之上进行进一步分析进一步分析潜在因子潜在因子和和指标指标之间已经确之间已经确定的关系定的关系分析分析潜在因子
25、之间潜在因子之间的关联程度的关联程度是结构方程模型分析的关键一步是结构方程模型分析的关键一步一、验证性因子分析的基本原理一、验证性因子分析的基本原理确定性因子分析在探索性因子分析的基确定性因子分析在探索性因子分析的基础之上进行础之上进行不需估计所有因子载荷不需估计所有因子载荷只需估计特定因子载荷,其余因子载荷只需估计特定因子载荷,其余因子载荷均假定为均假定为0 例如:孩子的数学(例如:孩子的数学(x1)成绩,孩子的语)成绩,孩子的语文成绩(文成绩(x2),父亲的学历(,父亲的学历(x3)和母)和母亲的学历(亲的学历(x4)探索性因子分析路径图探索性因子分析路径图潜在因子潜在因子1表示了孩子的学
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