LEE CHANWOO

📝 Blog 2024 version 1.5.2
🔖 JUN 29, 2024

3 분 소요

키워드🔑
군집분석, 계층적군집, k-평균군집, 혼합평균군집, EM알고리즘, 자기조직화지도(SOM),
최단연걸법, 최장연결법, 중심연결법, 평균연결법, 와드연결법,
유클리드, 맨하튼, 민코프스키, 표준화, 마할라노비스 거리, 단순일치계수, 자카드계수, 순위상관계수

02. 분석기법 적용

2. 고급 분석기법

1) 범주형 자료 분석


(1) 범주형 자료 분석
📌 분할표 분석 / 카이제곱 분석 / 피셔 정확 검정 / 로지스틱 회귀분석

  • 범주형 자료 분석
    • 종속변수: 1개/범주형
    • 종속변수가 1개이고 범주형인 데이터를 분석하여, 모형과 독립변수의 유의성을 알아봄
  • 독립변수(X)의 척도에 따른 분석방법
    • 독립변수가 범주형: 분할표 분석/카이제곱 검정(교차분석)/피셔 정확 검정
    • 독립변수가 연속형: 로지스틱 회귀분석


(2) 분할표 분석(Contingency Table)
📌 상대위험도(PR)/승산비(Odds Ratio)

  • 분할표
    • 범주형 변수 개수에 따라 1원/2원/다원 분할표
    • 행: 독립변수 / 열: 종속변수
    • 주변합(Margin Sum): 마지막 행열에 총계 데이터
  • 상대위험도(RR;Relative Risk) = {a / (a+b)} / {c / (c+d)}: 비교 집단의 위험률 대비, 관심있는 집단의 위험률
    • (관심 집단 위험률) / (비교 집단 위험률) = { a / (a+b) } / { c / (c+d) }
    • 위험률: 특정 사건이 발생할 비율
    • 1을 기준으로 평가함
      • RR<1: 관심 집단의 특정 사건 발생확률 낮음
      • RR=1: 관심 집단과 특정 사건의 발생에 연관성 없음
      • RR>1: 관심 집단의 특정 사건 발생확률 높음
  • 승산비(Odds Ratio) = 교차비 = 대응위험도
    • 승산 = p/(1-p): 특정 사건이 발생하지 않을 확률 대비, 발생할 확률
    • (이길 확률)/(1-이길확률) = p/(1-p)


(3) 카이제곱 분석(Chi-Squared Test)=교차분석
📌 적합도 검정/독립성 검정/동질성 검정

  • 분석 방법: χ² (카이제곱 값) 계산 → p-value가 유의수준보다 작으면 귀무가설 기각
  • 카이제곱 값 = Σ (관측빈도 - 기대빈도)² / (기대빈도)
    • 관측빈도와 기대빈도의 차이인 편차의 제곱 값을 기대빈도로 나눈값들의 합
  • 적합도 검정(Goodness of Fit)
    • 특정 분포
    • 귀무가설
      • 표본 집단의 분포가 가정한 이론(기대되는 빈도)과 동일한가
      • 표본 집단의 분포가 주어진 특정 분포를 따르는가
    • 자유도
      • 범주개수 -1
      • k - 1
    • 특징
      • 자료를 구분하는 범주가 상호배타적이어야 함
      • 관찰빈도와 기대빈도의 차이 ↑ H₀ 기각 확률↑
      • ex)학년별로 수강생의 분포가 균일한가 (기대 비율 0.25)
  • 독립성 검정(Independence)
    • 두 요인/변수가 서로 독립인가
    • 귀무가설
      • 여러 범주를 가지는 요인 2개가 서로 독립적인가
      • 혹은 요인 간에 연관성이 있는가
    • 자유도
      • {(범주1 수) - 1} ⨉ {(범주2 수) - 1}
      • (k₁ - 1) ⨉ (k₂ - 1)
    • 특징
      • ex) 학년(1,2,3학년)이라는 범주형 자료(요인1)와 선호과목(국, 영, 수)이라는 범주형 자료(요인2) 간에 서로 연관성이 있는지
  • 동질성 검정(Homogeneity)
    • 각 부모집단의 동질성
    • 귀무가설
      • 각각의 독립적인 부모집단에서 표본을 추출하는 경우
      • 관측값들이 정해진 범주 내에서 서로 동질한지 여부
      • 모집단이 동질한가
    • 자유도
      • {(범주1 수) - 1} ⨉ {(범주2 수) - 1}
      • (k₁ - 1) ⨉ (k₂ - 1)
    • 특징
      • 독립성검정과 동질성검정은 개념상의 차이만 있고, 계산방식은 같음
      • ex) 학생그룹1 과 학생그룹2가 선호하는 과목은 동일한가


(4) 피셔의 정확 검정(Fisher’s Exact Test)
📌 분할표 문제로 카이제곱검정의 정확도가 떨어지는 경우 사용하는 방법

  • 피셔 정확 검정을 사용하는 경우
    • 표본 수가 적은 경우
    • 분할표에서 셀에 치우치게 분포된 경우
    • 기대빈도가 5 미만인 셀이 20% 넘는 경우
      • 기대빈도: 두 변수가 독립일 경우에 이론적으로 기대할 수 있는 빈도 분포/예상되는 빈도

2) 다변량 분석


(1) 상관분석
📌 피어슨 상관계수 / 스피어만 순위 상관계수

  • 피어슨 상관계수: 두 변수 간 선형관계의 크기를 측정(비선형관계는 측정X)
    • 등간 척도 or 비례 척도를 사용하는 연속형 데이터에서 사용
    • 계산방법: 두 변수의 공분산을 표준편차의 곱으로 나눈 값
      • Corr (X, Y) = Cov (X, Y) / √Var(X)Var(Y)
    • 모집단 - 모 상관계수 (ρ) / 표본집단 - 표본 상관계수 (r)
    • -1 에서 +1 사이의 값
  • 스피어만 순위 상관계수: 두 변수간 비선형적인 관계도 나타낼 수 있음
    • 계산방법: 두 변수를 모두 순위로 변환 → 두 순위간 피어슨 상관계수 계산
    • -1 에서 +1 사이의 값


(2) 다차원 척도법
📌 개체들 사시의 유사성(비유사성)을 측정하여 시각적으로 표현

  • 다차원 척도법(MDS; Multidimensionality Scaling)
    • 개체들 사이의 유사성, 비유사성을 측정하여
    • 2차원 or 3차원 공간상에 점으로 표현하여
    • 개체들 사이의 집단화를 시각적으로 표현하는 분석 방법
  • 여러 대상간의 거리가 주어져 있을 때, 대상들을 동일한 상대적 거리를 가진 실수 공간의 점들로 배치시키는 방법
  • 주어진 거리는 추상적인 대상들 간 거리 & 실수 공간에서의 거리 둘 다 될 수 있음
  • 주로 자료들의 상대적 관계를 이해하는 시각화 방법의 근간으로 사용됨


(3) 주성분 분석
📌 고차원 자료의 차원을 축서(축약)시킴 / 상관성 높은 변수들을 요약함

  • 주성분 분석(PCA; Principal Component Analysis)
    • 상관관계가 있는 고차원 자료를
    • 원래 변동을 최대한 보존하는
    • 저차원 자료로 변환하는
    • 차원축소 방법
  • 차원축소: 많은 변수들로 구성된 고차원 자료를 축소하여, 새로운 차원의 자료를 생성하는 기법
    • 고윳값(Eigenvalue)이 높은 순서로 정렬 → 높은 고윳값을 가진 고유벡터(Eigenvector)만으로 데이터 복원
  • 주성분 분석의 특징
    • p개의 변수들을 중요한 m(P)개의 주성분으로 표현 → 전체 변동을 설명
      • p차원 변수 X = (X1, X2, …, Xp)^T
    • 주성분은 원래 변수들의 선형결합으로 표현됨
      • 기존의 상관성이 높은 변수들을 요약, 축소시킴
    • 차원 감소폭 결정: 스크린 산점도 / 전체 변이의 공헌도 / 평균 고윳값 등을 활용
    • 누적 기여율 85% 이상 → 주성분 수로 결정 가능
      • 누적 기여율: 제1~k 주성분까지의 주성분을 이용하여 설명할 수 있는 데이터 전체 정보량의 비율
    • 주성분으로 변수들 사이의 구조를 쉽게 이해하기는 어려움
    • 차원의 저주 해결
      • 데이터 차원이 증가할 때, 데이터 구조를 변환하여 정보를 최대한 축적하는 차원 감소방법으로 해결

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