Chương 1 Phương pháp phân tích hồi quy logistic Trong nghiên cứu y khoa, va khoa. học thực nghiệm nói chung thường 06 nhu cầu phâu tích mỗi quan hệ giữa một (hay nhiều ) yến tô nguy, cơ và khả năng xảy ra một sự cỗ(biến cố) nào đó, chang hạn như đối với một nghiện cứu về mdi quan hệ giữa thói quen hút thuốc lá và ung thư phối, thì yêu tố nguy cơ ở đây là thói quen hút thuốc lá và sự cỗ cần quan tam là hiện tượng bệnh ung thư phổi. lIrong các nghiên oứu này. phân tích thường được thể hiện qua các biên số nhị phân, tức là 06/ không, mắc bệnh/ không mao bệnh, chét/ sông, .Yêu bô nguy, cơ có thé là cáo biến số liên tục, các biến nhị phân hay cáo biển mang đặc tính thứ bậc.
Vấn đề đặt ra cho các nghiên cứu dang này là làm cách nào để ước tính mức độ liêu quan giữa yêu tố nguy cơ và khả năng xay ra sự cd. Oáoc phương pháp phân tích như mô hình hồi quy tuyên tính không thé ấp dụng được bới vì biên phụ thuộc không phải là biến liên tục ma là, biễn nhị phan. Phương pháp pho biên nhất sử dụng để phân tích cáo dữ liệu với cáo biên phan ứng lưỡng phân là hồi quy, Logistic.1 Số chênh và tý số chênh Trong nghiên cứu dịch tễ người ta thường so sánh tan suất mic bệnh giữa hai tong thé “ phơi nhiễm” (thử) và “ không phơi nhiễm” (chứng). Ví dụ: Khi nghiên cứu bệnh phổi, cần so sánh tau suất mắc bệnh phổi cla nhóm người hút thuôo lá và nhóm người không hút thuốc lá.
Khi tần suất đang xét là lớn 06 thé xem xót hiệu của hai tần suất. Nếu hiệu số đó khác 0 06 ý nghĩa thì có thể kết luận tần suất của nhow. thử kháo tần suất của nhóm chứng. Tuy nhiên khi hai tần suất rất nhỏ thì viéo so sánh hiệu của chúng rat khó, cau so sánh bang thương (ty sô) giữa.
hai tần suat. được gọi lA ty số tan suat(| hay độ rủi ro tương đôi), Nếu ty số đó khác 1 v6 ý nghĩa thì có thể kết luận tần suất của nhóm thứ khác tần suất của nhóm: chứng. Bên canh ty số tần suất oáo nhà, nghiện cứu thường dùng số chênh(odds) và ty số chênh (odds ratio) để so sánh nhóm chứng. với nhóu: thử.
Số chênh cla một số sự kiện xây ra được định nghĩa. là ti số của. số lần xảy ra sự kiện và số lần không xảy ra sự kiện. Ly số chênh là tý số cúa hai số chênh.
L số này gan 1 thì hai nhóm không có sự kháo biệt. Ngược lại tý số chênh này càng. xa 1 thì càng thé hiện sự kháo biệt gitta hai nhóuh, Phơi nhiễm Không phơi nhiễm Mắc bệnh a b Không mắc bệnh G d rpK £ a > + Lan suat ae ba ¬ _ al(a+c) + lý sô tân suat b/b+d) a b + 96O chênh CNEL. — và va, — d C a/c + ‘Ly số chênh b/d 1.2 Hồi quy Logistic Phan tích hồi quy nghiên cứu mỗi quan hệ phụ thuộc ctta một bién (gọi là biên phụ thuộc hoặc biên được giải thích) với một hay nhiều biên khác (được gọi là biên độc lập hay biến giải thích).
Ohtug ta sử dụng cáo ký hiệu sau; Y là biến phụ thuộc (hay biến được giải thích); X; là biến độc lập (hay, biến giải thích thứ i). Một trong nhiều vấn đề ma phân tích hồi quy giải quyết là ước lượng: giá. trị trung bình của. biễn phụ thuộc ứng với giá trị đã cho của.
biên độc lập E(Y/Xi). Nói chung, E(Y/X;) là một hàm cua X; sao cho: E(Y/X) = f(X,) ƒ(X,) đượo gọi là hàm hồi quy tổng quát. Khi đó + Hàm hồi quy tống quát có một biến độc lập được gọi là hàm hồi quy. + Nếu hàm hồi quy tổng quát v6 nhiều hơn một biến doo lập thi được gọi là hàm hồi quy bội.
+ Nêu hàm hồi quy tổng quát có dạng ƒ(X;) = bo + 6X, trong đó Bo, 8; là cáo hệ số chưa. biết, nhưng cô định, thì f(X;) được gọi là hàm hồi quy tuyên tính đơn va Bo, đị gọi là hệ số hồi quy, Mô hình hồi quy Logistic khác với mô hình hồi quy tuyến tính thông: thường ở chỗ biên phụ thuộc của mô hình Logistic là một biên lưỡng phan wa không phải là biên định lượng liên tục. Dé thuận tiện trong quá. trình tính toán ta thường ma hóa hai giá trị của biên phụ thuộc là, I và 0.
Khi đó biến lưỡng phân được gọi là biéu nhị phân. Nếu không có phi chú gì đặc biệt, trong luận văn này chúng ta luôn xét biên phụ thuộc là biên nhị phan. Hồi quy logistic la hồi quy phá tuyến trong đó biếu độc lập là định. tính, hoặc định lượng, biến phụ thuộc là thị phan.
Van đề được đặt ra là: “rong trường hợp biếu phụ thuộc là trhị phan thi harm hot guy w(x) phat có dụng thư thế nào?” Có nhiều dạng ham khác nhau da được nhiều tac giá đề xuất để xây, dựng mô hình toán học cho bài toán hồi quy này, lrong số các tác giả, đó, Oox (1970) da đưa ra haw logistio, O6 hai lý do để biện mình cho việc chọn ham logisbio dua vào mô hình hồi quy v6 biến phụ thuộc là nhị phan, đó là: - tính mềm déo toán học, thuận tiện trong tính toán; - Cung cấp được các giải thích đầy đủ về ý nghĩa sinh hoo của mô hình. Gia sử biên ngẫu nhiên Y là mot biến nhị phân, còn X là Immột biến độc lập với các giá trị tất định được cho trước. Khi đó, để diễn ta môi quan hệ giữa biến Y và biên X , cũng như đánh giá khá năng xuất hiện cáo giá tri của biên Y theo các giá trị đã. biết của X , ta có thé đưa ra một định nghĩa của mô hình hồi quy logistic dạng đơn giản nhất như Sau: Dinh nghĩa 1.
Ham hồi quy logistic đơn của hat biến X và Y có dang: efu+8Ø:x E(Y/X)= (1.1) Trong đó Bo là hệ số tự do (hay, hệ số chặn), B, là hệ số dốo, X là biến độc lập, Y là biên phụ thuộc. cefn+8:x Ky hiện z(z) = E(Y/X) = là kì vọng có điều kiện cla 1+ efo+8iX biên phụ thuộc Y được cho bởi giá tri x cla biến độc lập X. Phép biên đổi sau được gọi là phép biên đổi logit: g(x) = In |———— (1. + 0 < r(x) < 1 với moi gia trị cua x.
+ Giả, sử giá, trị quan sát y của. biên phụ thuộc Y v6 dạng = a(x) +e , trong đó e gọi là sai số (hiện giá trị quan sat và kì vọng oó điều kiện của biên phụ thuộc). Khi đó e nhận hai gia tri sau: Nếu y = 1 thie = l1 — Z(z) với xáo suất 7(z). Từ đó, e vd phân phôi nhị thức với # (ec) = 0 và Var (e) = Var (Y) = 7 (a).3 Mô hình hồi quy Logistic Xét biễn phụ thuộc là biến nhị phan Y và X1, Xo, ., X; biên độc lập.
Muốn dự đoán tan suất xuất hiện giá. trị 1 của biên Y theo các biên độc lập, 06 thé lập phương trình hồi quy: lần suất = øIX+ + 62X¿ + --- + øyXy +D Hạn chế của. mô hình trên: tan suat ở về trái chỉ nhận các giá trị lớn hơn 0 nhó hơn T trong khi về phái có thể nhậu giá trị âm dương bat kì. lại Do đó phải lập mô hình thích hợp hon: log [Tần suất/(1 - lần suất) | = đ@IX1 + d2Xa + --- + ayXy + Ù Từ phương trình: —=PĐ Tà có thé chuyến thành: Số chênh = exp(aX1 + a2X_ +--+ + a„Xy +d) Tite là: Số chênh = exp(b).1 Ước lượng các tham số của mô hình hồi quy logistic Để xác định được mô hình ta can ước lượng cáo tham số của mô hình thong qua số liệu thu được trong mẫu quan sát.
O6 nhiều phương phấp ước lượng thai sô, ở đây chúng ta xét phương pháp ước lượng hợp lý cực đại. Gia sử mau có un quan sát độc lập (Z¡, y;),7 = 1,2,.,n, VỚI 1; là giá trị của biên phụ thuộc và z; là giá trị cla biên độc lập tai quan sát thứ ¿. Việc ước lượng các tham số cia mô hình bằng phương phap hợp lý cực đại được thực hiện theo quy trình như sau: a. Nhu vậy Y nhậu giá tri 1 với xác suất bằng z(z;) và nhận giá trị 0 với xá suất bằng 1 — 7 (;),i = Ì,.
Với mỗi oặp (Z;, ¡),? = 1,2,. Với mau n quan sat độc lập (z;,¡),? = 1,2,.,n ta thành lập ham hợp lý có dạng n n (8) = [J (a) = [ [=1 — xứ)]'—" (1.3) i=1 i=1 Lay, logarit ham hợp ly (??) ta nhận được ham số cd dang n L(8) = ` (0¡In(x(øi)) + (1 = ys) (1 — a (2:))) (1.4) i=l ov, Lay đạo hàm của ham L(Ø) theo đọ và đị ta có hệ phương trình hợp lý: X lu —z(s)] =0 i=l (1.5) ta có nghiệm cla hệ phương trình hợp lý là ước lượng hợp lý cực đại của các tham sỐ Ø = (fo, đị). La ký hiện BIA ước lượng hợp ly cực đại cua Ø.2 Kiểm định sự phù hợp của mô hình hồi quy logistic Việc kiếm định sự phù hợp của mô hình, nhằm tra lời câu hoi: “Mo hinh chứu biếu độc lập cho chứng ta thông tin vé biếu phụ thuộc thiêu hon mot cách, đáng kể (có Ú ughia thông kô) so uới m6 hành, không chứu ⁄ buôn độc lập hay không?” - Ấ Kiếm định tý số hàm hợp ly Để đánh giá ý nghĩa sự có mat của biến độc lập trong mô hình, ta cần xót sự thay đổi độ lệch của hai m6 hình khi không có biên độc lập và 13 khi có biên độc lập. Độ lệch của md hình hồi quy logistic, ký hiệu là D, có dạng, hàm hợp lí logistic D=-2ln - (1.
hợp lí bao hoa Ki hiệu 7; = 7(a;) va từ (1. p=-~2m]] TL ya = 2), win(=) +1) (1 ) Yi — Uị Như vậy, độ lệch D của mô hình hồi quy logistio là giá trị so sánh giữa logarit hàm hợp lý của mô hình hồi quy logistic và. logarit ham hợp lý bão hòa (mô hình bão hòa là mô hình v6 số hệ số bằng số quan sát). Hiệu độ lệch của.
hai mô hình không có biến độc lập và có biên độc lập được gọi là tiêu chuẩn tý lệ hợp lý, ký hiệu là G: G —D (mô hành không có biến độc lập) — D (mô hành có biếu độc lập).