
使用R进行倾向得分匹配(PSM)
根据维基百科,倾向得分匹配(PSM)是一种用来评估处置效应的统计方法。广义说来,它将样本根据其特性分类,而不同类样本间的差异就可以看作处置效应的无偏估计。因此,PSM不仅仅是随机试验的一种替代方法,它也是流行病研究中进行样本比较的重要方法之一。让我们举个栗子:
与健康相关的生活质量(HRQOL)被认为是癌症治疗的重要结果之一。对癌症患者而言,最常用的HRQOL测度是通过欧洲癌症研究与治疗中心的调查问卷计算得出的。EORTC QLD-C30是一个由30个项目组成,包括5个功能量表,9个症状量表和一个全球生活质量量表的的问卷。所有量表都会给出一个0-100之间的得分。症状量表得分越高代表被调查人生活压力越大,其余两个量表得分越高代表生活质量越高。
然而,如果没有任何参照,直接对数据进行解释是很困难的。幸运的是,EORTC QLQ-C30问卷也在一些一般人群调查中使用,我们可以对比患者的得分和一般人群的得分差异,从而判断患者的负担症状和一些功能障碍是否能归因于癌症治疗。PSM在这里可以以年龄和性别等特征,将相似的患者和一般人群进行匹配。
生成两个随机数据框
由于我不希望在本文使用真实数据,我需要生成一些仿真数据。使用Wakefield包可以很容易地实现这个功能。
第一步,我们创建一个名为df.patients的数据框,我希望它包含250个病人的年龄和性别数据,所有病人的年龄都要在30-78岁之间,并且70%的病人被设定为男性。
set.seed(1234)
df.patients <- r_data_frame(n = 250,
age(x = 30:78,
name = 'Age'),
sex(x = c("Male", "Female"),
prob = c(0.70, 0.30),
name = "Sex"))
df.patients$Sample <- as.factor('Patients')
summary函数会返回创建的数据框的基本信息,如你所见,患者平均年龄为53.7岁,并且大约70%为男性。
summary(df.patients)
## Age Sex Sample
## Min. :30.00 Male :173 Patients:250
## 1st Qu.:42.00 Female: 77
## Median :54.00
## Mean :53.71
## 3rd Qu.:66.00
## Max. :78.00
第二步,我们需要创建另一个名为df.population的数据框。我希望这个数据集的数据和患者的有些不同,因此正常人群的年龄区间被设定为18-80岁,并且男女各占一半。
set.seed(1234)
df.population <- r_data_frame(n = 1000,
age(x = 18:80,
name = 'Age'),
sex(x = c("Male", "Female"),
prob = c(0.50, 0.50),
name = "Sex"))
df.population$Sample <- as.factor('Population')
下方表格显示样本平均年龄为49.5岁,男女比例也大致相等。
summary(df.population)
## Age Sex Sample
## Min. :18.00 Male :485 Population:1000
## 1st Qu.:34.00 Female:515
## Median :50.00
## Mean :49.46
## 3rd Qu.:65.00
## Max. :80.00
合并数据框
在匹配样本之前,我们需要把两个数据框合并。先生成一个新变量Group来代表观测来自哪个全体(逻辑型变量),再添加另一个变量Distress来反应个体的痛苦程度。Distress变量是利用Wakefield包中的age函数创建的,可以发现,女性承受的痛苦级别更高。
mydata <- rbind(df.patients, df.population)
mydata$Group <- as.logical(mydata$Sample == 'Patients')
mydata$Distress <- ifelsmydata <- rbind(df.patients, df.population)
mydata$Group <- as.logical(mydata$Sample == 'Patients')
mydata$Distress <- ifelse(mydata$Sex == 'Male', age(nrow(mydata), x = 0:42, name = 'Distress'),
age(nrow(mydata), x = 15:42, name = 'Distress'))
当我们比较两类样本的年龄和性别分布时,我们可以发现明显的区别:
pacman::p_load(tableone)
table1 <- CreateTableOne(vars = c('Age', 'Sex', 'Distress'),
data = mydata,
factorVars = 'Sex',
strata = 'Sample')
table1 <- print(table1,
printToggle = FALSE,
noSpaces = TRUE)
kable(table1[,1:3],
align = 'c',
caption = 'Table 1: Comparison of unmatched samples')
更进一步,我们还发现一般人群的痛苦程度显著较高。
样本匹配
现在,我们已经完成了全部的准备工作,可以开始使用MatchIT包中的matchit函数来匹配两类样本了。函数中method=‘nearest’的设定指明了使用近邻法进行匹配。其他方法包括,次分类,优化匹配等。ratio=1意味着这是一一配对。同时也请注意Group变量需要是逻辑型变量。
set.seed(1234)
match.it <- matchit(Group ~ Age + Sex, data = mydata, method="nearest", ratio=1)
a <- summary(match.it)
为了后续工作的便利,我们将summary函数的输出赋值给名为a的变量。
在匹配万样本后,一般人群样本量所见到了和患者样本一致(250个观测)。
kable(a$nn, digits = 2, align = 'c',
caption = 'Table 2: Sample sizes')
根据输出结果,匹配后的年龄和性别分布基本一致了。
kable(a$sum.matched[c(1,2,4)], digits = 2, align = 'c',
caption = 'Table 3: Summary of balance for matched data')
倾向得分的分布可以使用MatchIt包中的plot函数进行绘制。
plot(match.it, type = 'jitter', interactive = FALSE)
输出如下:
保存匹配样本
最后,让我们把匹配好的样本保存在df.match数据框里。
df.match <- match.data(match.it)[1:ncol(mydata)]
rm(df.patients, df.population)
现在pacman::p_load(tableone)
table4 <- CreateTableOne(vars = c('Age', 'Sex', 'Distress'),
data = df.match,
factorVars = 'Sex',
strata = 'Sample')
table4 <- print(table4,
printToggle = FALSE,
noSpaces = TRUE)
kable(table4[,1:3],
align = 'c',
caption = 'Table 4: Comparison of matched samples'),我们可以对比两类人群间痛苦程度的差异是否依旧显著。
由于p值为0.222,学生t检验的结果不再显著。因此,PSM帮助我们避免犯下第一类错误。
P.S.1:本文只用的所有包可通过如下代码加载:数据分析师培训
pacman::p_load(knitr, wakefield, MatchIt, tableone, captioner)
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
CDA数据分析师与数据指标:基础概念与协同逻辑 一、CDA 数据分析师:数据驱动时代的核心角色 1.1 定义与行业价值 CDA(Certified ...
2025-08-22Power Query 移动加权平均计算 Power Query 移动加权平均设置全解析:从原理到实战 一、移动加权平均法的核心逻辑 移动加权平均 ...
2025-08-22描述性统计:CDA数据分析师的基础核心与实践应用 一、描述性统计的定位:CDA 认证的 “入门基石” 在 CDA(Certified Data Analy ...
2025-08-22基于 Python response.text 的科技新闻数据清洗去噪实践 在通过 Python requests 库的 response.text 获取 API 数据后,原始数据 ...
2025-08-21基于 Python response.text 的科技新闻综述 在 Python 网络爬虫与 API 调用场景中,response.text 是 requests 库发起请求后获取 ...
2025-08-21数据治理新浪潮:CDA 数据分析师的战略价值与驱动逻辑 一、数据治理的多维驱动引擎 在数字经济与人工智能深度融合的时代,数据治 ...
2025-08-21Power BI 热力地图制作指南:从数据准备到实战分析 在数据可视化领域,热力地图凭借 “直观呈现数据密度与分布趋势” 的核心优势 ...
2025-08-20PyTorch 矩阵运算加速库:从原理到实践的全面解析 在深度学习领域,矩阵运算堪称 “计算基石”。无论是卷积神经网络(CNN)中的 ...
2025-08-20数据建模:CDA 数据分析师的核心驱动力 在数字经济浪潮中,数据已成为企业决策的核心资产。CDA(Certified Data Analyst)数据分 ...
2025-08-20KS 曲线不光滑:模型评估的隐形陷阱,从原因到破局的全指南 在分类模型(如风控违约预测、电商用户流失预警、医疗疾病诊断)的评 ...
2025-08-20偏态分布:揭开数据背后的非对称真相,赋能精准决策 在数据分析的世界里,“正态分布” 常被视为 “理想模型”—— 数据围绕均值 ...
2025-08-19CDA 数据分析师:数字化时代的价值创造者与决策智囊 在数据洪流席卷全球的今天,“数据驱动” 已从企业战略口号落地为核心 ...
2025-08-19CDA 数据分析师:善用 Power BI 索引列,提升数据处理与分析效率 在 Power BI 数据分析流程中,“数据准备” 是决定后续分析质量 ...
2025-08-18CDA 数据分析师:巧用 SQL 多个聚合函数,解锁数据多维洞察 在企业数据分析场景中,单一维度的统计(如 “总销售额”“用户总数 ...
2025-08-18CDA 数据分析师:驾驭表格结构数据的核心角色与实践应用 在企业日常数据存储与分析场景中,表格结构数据(如 Excel 表格、数据库 ...
2025-08-18PowerBI 累计曲线制作指南:从 DAX 度量到可视化落地 在业务数据分析中,“累计趋势” 是衡量业务进展的核心视角 —— 无论是 “ ...
2025-08-15Python 函数 return 多个数据:用法、实例与实战技巧 在 Python 编程中,函数是代码复用与逻辑封装的核心载体。多数场景下,我们 ...
2025-08-15CDA 数据分析师:引领商业数据分析体系构建,筑牢企业数据驱动根基 在数字化转型深化的今天,企业对数据的依赖已从 “零散分析” ...
2025-08-15随机森林中特征重要性(Feature Importance)排名解析 在机器学习领域,随机森林因其出色的预测性能和对高维数据的适应性,被广 ...
2025-08-14t 统计量为负数时的分布计算方法与解析 在统计学假设检验中,t 统计量是常用的重要指标,其分布特征直接影响着检验结果的判断。 ...
2025-08-14