检查残差并可视化零膨胀泊松 r

2024-02-24

我正在为 CPUE 数据运行零膨胀模型。该数据有零通货膨胀的证据,我已通过 Vuong 测试(在下面的代码中)确认了这一点。根据 AIC 的说法,完整模型 (zint) 优于零模型。我现在想要:

  1. 检查完整模型的残差以确定模型拟合(由于缺乏来自同事、互联网和 R 书籍的信息而遇到麻烦)
  2. 如果模型拟合看起来不错,则可视化模型的输出(使用偏移变量时如何制定实际参数值的方程)

我向该部门的几位统计学家寻求帮助(他们以前从未这样做过,并将我发送到相同的谷歌搜索网站),向统计部门本身(每个人都太忙)以及 stackoverflow feed 寻求帮助。

我很欣赏书籍的代码或指南(在线免费提供),其中包含使用偏移变量时处理可视化 ZIP 和模型拟合的代码。

 yc=read.csv("CPUE_ycs_trawl_withcobb_BLS.csv",header=TRUE)
 yc=yc[which(yc$countinyear<150),]
 yc$fyear=as.factor(yc$year_cap)
 yc$flocation=as.factor(yc$location)
 hist(yc$countinyear,20)
 yc$logoffset=log(yc$numtrawlyr)

 ###Run Zero-inflated poisson with offset for CPUE####
 null <- formula(yc$countinyear ~ 1| 1)
 znull <- zeroinfl(null, offset=logoffset,dist = "poisson",link = "logit",
 data = yc)

 int <- formula(yc$countinyear ~ assnage * spawncob| assnage * spawncob)
 zint <- zeroinfl(int, offset=logoffset,dist = "poisson",link = "logit", data  
 = yc)
 AIC(znull,zint)

  g1=glm(countinyear ~ assnage * spawncob,
  offset=logoffset,data=yc,family=poisson)
  summary(g1)

 ####Vuong test to see if ZIP is even needed##
 vuong(g1,zint)

 ##########DATASET###########

countinyear 是第 1 列

 ##########DATASET###########

count assnage    spawncob      logoffset
56      0       0.32110173      2.833213
44      1       0.33712     2.833213
60      2       0.34053264      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
1       3       0.30819333      2.833213
33      0       0.32110173      2.833213
40      1       0.33712     2.833213
25      2       0.34053264      2.833213
0       3       0.30819333      2.833213
2       4       0.19381496      2.833213
6       0       0.32110173      2.833213
13      1       0.33712     2.833213
7       2       0.34053264      2.833213
0       3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      NA
5       0       0.32110173      2.833213
31      1       0.33712     2.833213
73      2       0.34053264      2.833213
0       3       0.30819333      2.833213
1       4       0.19381496      2.833213
0       0       0.32110173      2.833213
7       1       0.33712     2.833213
75      2       0.34053264      2.833213
3       3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
19      0       0.32110173      2.833213
13      1       0.33712     2.833213
18      2       0.34053264      2.833213
0       3       0.30819333      2.833213
2       4       0.19381496      2.833213
11      0       0.32110173      2.833213
14      1       0.33712     2.833213
32      2       0.34053264      2.833213
1       3       0.30819333      2.833213
1       4       0.19381496      2.833213
12      0       0.32110173      2.833213
3       1       0.33712     2.833213
9       2       0.34053264      2.833213
2       3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
5       0       0.32110173      2.833213
15      1       0.33712     2.833213
22      2       0.34053264      2.833213
5       3       0.30819333      2.833213
1       4       0.19381496      2.833213
1       0       0.32110173      2.833213
16      1       0.33712     2.833213
33      2       0.34053264      2.833213
4       3       0.30819333      2.833213
2       4       0.19381496      2.833213
6       0       0.32110173      2.833213
17      1       0.33712     2.833213
26      2       0.34053264      2.833213
1       3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
16      0       0.32110173      2.833213
16      1       0.33712     2.833213
11      2       0.34053264      2.833213
1       3       0.30819333      2.833213
1       4       0.19381496      2.833213
2       0       0.32110173      2.833213
8       1       0.33712     2.833213
18      2       0.34053264      2.833213
0       3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
2       0       0.32110173      2.833213
27      1       0.33712     2.833213
49      2       0.34053264      2.833213
1       3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
1       0       0.32110173      2.833213
6       1       0.33712     2.833213
36      2       0.34053264      2.833213
17      3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
10      0       0.32110173      2.833213
21      1       0.33712     2.833213
78      2       0.34053264      2.833213
32      3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
0       0       0.32110173      2.833213
8       1       0.33712     2.833213
14      2       0.34053264      2.833213
7       3       0.30819333      2.833213
0       4       0.19381496      2.833213
0       1       0.13648433      2.833213
6       1       0.23952033      2.833213
12      2       0.32110173      2.833213
0       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
30      0       0.13648433      2.833213
30      1       0.23952033      2.833213
25      2       0.32110173      2.833213
30      3       0.33712     2.833213
30      4       0.34053264      2.833213
68      0       0.13648433      2.833213
68      1       0.23952033      2.833213
55      2       0.32110173      2.833213
68      3       0.33712     2.833213
68      4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
12      1       0.23952033      2.833213
26      2       0.32110173      2.833213
2       3       0.33712     2.833213
1       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
17      1       0.23952033      2.833213
36      2       0.32110173      2.833213
1       3       0.33712     2.833213
4       4       0.34053264      2.833213
1       0       0.13648433      2.833213
1       1       0.23952033      2.833213
4       2       0.32110173      2.833213
4       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
3       0       0.13648433      2.833213
3       1       0.23952033      2.833213
3       2       0.32110173      2.833213
3       3       0.33712     2.833213
3       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
29      1       0.23952033      2.833213
33      2       0.32110173      2.833213
0       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
10      1       0.23952033      2.833213
7       2       0.32110173      2.833213
1       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
6       1       0.23952033      2.833213
18      2       0.32110173      2.833213
1       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
18      1       0.23952033      2.833213
37      2       0.32110173      2.833213
1       3       0.33712     2.833213
1       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
13      1       0.23952033      2.833213
26      2       0.32110173      2.833213
8       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
0       1       0.23952033      2.833213
1       2       0.32110173      2.833213
0       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
1       1       0.23952033      2.833213
5       2       0.32110173      2.833213
0       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
29      1       0.23952033      2.833213
15      2       0.32110173      2.833213
2       3       0.33712     2.833213
0       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
19      1       0.23952033      2.833213
25      2       0.32110173      2.833213
3       3       0.33712     2.833213
1       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.13648433      2.833213
24      1       0.23952033      2.833213
40      2       0.32110173      2.833213
6       3       0.33712     2.833213
1       4       0.34053264      2.833213
0       0       0.03678637      2.772589
28      1       0.07414634      2.772589
28      2       0.13648433      2.772589
3       3       0.23952033      2.772589
2       4       0.32110173      2.772589
0       0       0.03678637      2.772589
3       1       0.07414634      2.772589
2       2       0.13648433      2.772589
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0       3       0.20354567      2.833213
4       4       0.13510174      2.833213
2       0       0.17597738      2.833213
39      1       0.25832942      2.833213
18      2       0.33638851      2.833213
7       3       0.20354567      2.833213
0       4       0.13510174      2.833213
3       0       0.17597738      2.833213
25      1       0.25832942      2.833213
9       2       0.33638851      2.833213
3       3       0.20354567      2.833213
0       4       0.13510174      2.833213
4       0       0.17597738      2.833213
7       1       0.25832942      2.833213
1       2       0.33638851      2.833213
1       3       0.20354567      2.833213
0       4       0.13510174      2.833213
0       0       0.17597738      2.833213
1       1       0.25832942      2.833213
6       2       0.33638851      2.833213
1       3       0.20354567      2.833213
0       4       0.13510174      2.833213
2       0       0.17597738      2.833213
15      1       0.25832942      2.833213
49      2       0.33638851      2.833213
19      3       0.20354567      2.833213
2       4       0.13510174      2.833213
0       0       0.17597738      2.833213
0       1       0.25832942      2.833213
1       2       0.33638851      2.833213
0       3       0.20354567      2.833213
0       4       0.13510174      2.833213
3       0       0.17485677      2.302585
50      1       0.17597738      2.302585
25      2       0.25832942      2.302585
0       3       0.33638851      2.302585
0       4       0.20354567      2.302585
1       0       0.17485677      2.302585
7       1       0.17597738      2.302585
8       2       0.25832942      2.302585
0       3       0.33638851      2.302585
0       4       0.20354567      2.302585
3       0       0.17485677      2.302585
16      1       0.17597738      2.302585
63      2       0.25832942      2.302585
3       3       0.33638851      2.302585
0       4       0.20354567      2.302585
1       0       0.17485677      2.302585
34      1       0.17597738      2.302585
12      3       0.33638851      2.302585
4       4       0.20354567      2.302585
0       0       0.17485677      2.302585
29      1       0.17597738      2.302585
16      2       0.25832942      2.302585
0       3       0.33638851      2.302585
0       4       0.20354567      2.302585
0       0       0.17485677      2.302585
30      1       0.17597738      2.302585
13      2       0.25832942      2.302585
0       3       0.33638851      2.302585
2       4       0.20354567      2.302585
0       0       0.17485677      2.302585
15      1       0.17597738      2.302585
10      2       0.25832942      2.302585
0       3       0.33638851      2.302585
1       4       0.20354567      2.302585
4       0       0.17485677      2.302585
50      1       0.17597738      2.302585
32      2       0.25832942      2.302585
6       3       0.33638851      2.302585
8       4       0.20354567      2.302585
0       0       0.17485677      2.302585
32      1       0.17597738      2.302585
29      2       0.25832942      2.302585
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8       4       0.20354567      2.302585
0       0       0.17485677      2.302585
2       1       0.17597738      2.302585
2       2       0.25832942      2.302585
2       3       0.33638851      2.302585
3       4       0.20354567      2.302585

为了可视化概率回归模型的拟合优度,“标准”残差(例如泊松或偏差)通常信息量不大,因为它们主要捕获均值的建模,而不是整个分布的建模。有时使用的一种替代方法是(随机)分位数残差。如果没有随机化,它们被定义为qnorm(pdist(y)) where pdist()是拟合分布函数(这里是 ZIP 模型),y是观察结果,并且qnorm()是标准正态分布的分位数函数。如果模型拟合,残差的分布应为标准正态分布,并且可以在 Q-Q 图中检查。在离散分布的情况下(如此处),需要随机化来打破数据的离散性质。参见邓恩和史密斯 (1996,计算与图形统计杂志, 5,236-244)了解更多详细信息。在 R 中你可以使用countregR-Forge 提供的软件包(希望很快也能在 CRAN 上提供)。

检查数据边际分布的另一种替代方法是所谓的根图。它直观地比较计数 0、1、... 的观测频率和拟合频率。与随机分位数残差的 Q-Q 图相比,它通常更能显示过多零和/或过度分散的问题。请参阅我们的论文 Kleiber & Zeileis (2016,美国统计学家, 70(3), 296–303,号码:10.1080/00031305.2016.1173590 http://dx.doi.org/10.1080/00031305.2016.1173590) 更多细节。

将这些应用到您的回归模型中,很快就会发现零膨胀Poisson没有考虑到响应中的过度分散。 (当计数达到或超过 100 时,基于泊松的分布几乎永远不会很好地拟合。)此外,零通货膨胀模型不太适合,因为assnage= 1 和 = 2 的零很少,不需要零通货膨胀。这导致零通胀部分的相应系数走向-Inf具有非常大的标准误差(例如二元回归中的准分离)。因此,两部分障碍模型更适合并且可能更容易解释。最后,由于两人assnage我会编码不同的组assnage作为一个因素(我不清楚你是否已经这样做了)。

因此,为了分析你的数据,我使用yc按照您的帖子中的规定并确保:

yc$assnage <- factor(yc$assnage)

首次探索性地了解以下因素的影响:assnage我绘制是否count是正数(左:零障碍)并且正数count以对数刻度(右:计数)。

plot(factor(count > 0, levels = c(FALSE, TRUE), labels = c("=0", ">0")) ~ assnage,
  data = yc, ylab = "count", main = "Zero hurdle")
plot(count ~ assnage, data = yc, subset = count > 0,
  log = "y", main = "Count (positive)")

然后,我使用 ZIP、ZINB 和 hurdle NB 模型进行拟合countreg来自 R-Forge 的软件包。这还包含更新版本zeroinfl() and hurdle()功能。

install.packages("countreg", repos = "http://R-Forge.R-project.org")
library("countreg")
zip <- zeroinfl(count ~ assnage * spawncob, offset = logoffset,
  data = yc, dist = "poisson")
zinb <- zeroinfl(count ~ assnage * spawncob, offset = logoffset,
  data = yc, dist = "negbin")
hnb <- hurdle(count ~ assnage * spawncob, offset = logoffset, data = yc,
  dist = "negbin")

ZIP显然不合适,跨栏NB比ZINB稍好一些。

BIC(zip, zinb, hnb)
##      df      BIC
## zip  20 7700.085
## zinb 21 3574.720
## hnb  21 3556.693

如果你检查summary(zinb)您还会看到零通货膨胀部分中的一些系数约为 10(对于虚拟变量),标准误差大一两个数量级。这本质上意味着相应组中的零膨胀概率为零,因为负二项式分布对于零响应已经具有足够的概率权重(assnage第 1 组和第 2 组)。

为了可视化 ZIP 模型不适合而 HNB 适当捕获响应,我们现在可以使用根图。

rootogram(zip, main = "ZIP", ylim = c(-5, 15), max = 50)
rootogram(hnb, main = "HNB", ylim = c(-5, 15), max = 50)

ZIP 的波形图案清楚地显示了模型未正确捕获的数据过度分散的情况。相比之下,这个障碍相当合适。

作为最后的检查,我们还可以查看障碍模型中分位数残差的 Q-Q 图。这些看起来相当正常,并且与模型没有任何可疑的偏差。

qqrplot(hnb, main = "HNB")

由于残差是随机的,您可以重新运行代码几次以获得变化的印象。qqrplot()还有一些参数可以让您在单个图中探索这种变化。

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