Коэффициент ранговой корреляции Спирмена

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена — это статистическая мера, которая оценивает степень монотонной связи между двумя переменными. Коэффициент Спирмена измеряет монотонную связь, что означает, что если одна переменная увеличивается, другая переменная также имеет тенденцию к увеличению (или уменьшению) в определенном направлении. В отличие от коэффициента корреляции Пирсона, который измеряет линейную связь, коэффициент Спирмена подходит для данных, которые могут быть неравномерно распределены или иметь нелинейную связь.

Формула для вычисления коэффициента ранговой корреляции Спирмена выглядит следующим образом:

где:

• di — разность рангов каждой пары значений,
• n — количество наблюдений.

Шаги расчета

• Присваивание рангов: Каждому значению переменной присваивается ранг. Если значения повторяются, им присваивается средний ранг.
• Вычисление разностей рангов: Для каждой пары значений вычисляется разность рангов (di ).
• Квадрат разностей рангов: Вычисляются квадраты разностей рангов (di2).
• Подстановка в формулу: Сумма квадратов разностей рангов подставляется в формулу для вычисления коэффициента Спирмена.

Интерпретация коэффициента ранговой корреляции Спирмена:

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена – это количественная оценка статистического изучения связи между явлениями, используемая в непараметрических методах. Непараметрические методы позволяют обрабатывать данные "низкого качества" из выборок малого объема с переменными, про распределение которых мало что или вообще ничего неизвестно.

Показатель является детерминирующей величиной, которая отличает полученную при наблюдении сумму квадратов разностей между рангами от случая отсутствия связи.

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена относится к показателям оценки тесноты связи (зависимость вариации результативного признака от вариации признака-фактора). Качественную характеристику тесноты связи коэффициента ранговой корреляции, как и остальных коэффициентов корреляции, можно оценить по шкале Чеддока. 

p = 1: Идеальная положительная монотонная связь. Это означает, что ранги двух переменных полностью совпадают.

p = -1: Идеальная отрицательная монотонная связь. Это означает, что ранги двух переменных полностью противоположны.

p = 0: Отсутствие монотонной связи. Это означает, что между рангами двух переменных нет никакой связи.

Примеры интерпретации:

p = 0.74: Сильная положительная монотонная связь. Это означает, что по мере увеличения значения одной переменной, значение другой переменной также имеет тенденцию к увеличению.

p = -0.5: Умеренная отрицательная монотонная связь. Это означает, что по мере увеличения значения одной переменной, значение другой переменной имеет тенденцию к уменьшению.

p = 0.1: Слабая положительная монотонная связь. Это означает, что связь между переменными существует, но она незначительна.

Ограничения

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена имеет несколько ограничений, которые важно учитывать при его использовании:

Монотонная связь: 

Коэффициент Спирмена измеряет только монотонные связи. Если связь между переменными не является монотонной, этот коэффициент может быть неинформативным.

Чувствительность к выбросам: 

Коэффициент Спирмена чувствителен к выбросам, которые могут значительно влиять на результаты анализа. Выбросы могут исказить ранги и, следовательно, сам коэффициент. Хотя коэффициент Спирмена чувствителен к выбросам, он менее подвержен их влиянию по сравнению с коэффициентом Пирсона, так как основан на рангах, а не на исходных значениях.

Невозможность использования для номинальных переменных: 

Коэффициент Спирмена не подходит для номинальных переменных, которые представляют собой категории без естественного порядка (например, цвета, типы животных).

Размер выборки: При малом размере выборки результаты могут быть менее надежными. Большие выборки обычно дают более точные оценки коэффициента корреляции.

Ранги и повторяющиеся значения: Если в данных много повторяющихся значений, это может усложнить расчет рангов и повлиять на точность коэффициента.

Эти ограничения следует учитывать при интерпретации результатов и выборе метода анализа данных. 

Применение

Коэффициент Спирмена широко используется в различных областях:

• Психология: Для анализа связи между уровнем стресса и производительностью.
• Социология: Для исследования связи между уровнем образования и доходом.
• Медицина: Для оценки связи между дозировкой лекарства и его эффективностью.
• Экономика: Для анализа связи между различными экономическими показателями.

Сравнение с другими методами корреляционного анализа

Коэффициент корреляции Пирсона:

Преимущества: Подходит для данных, которые соответствуют нормальному распределению и имеют линейную связь.

Недостатки: Не подходит для нелинейных связей и чувствителен к выбросам.

Коэффициент Кендалла:

Преимущества: Также измеряет монотонные связи и менее чувствителен к выбросам по сравнению с коэффициентом Пирсона.

Недостатки: Более сложен в расчете и интерпретации по сравнению с коэффициентом Спирмена.

Коэффициент Крамера:

Преимущества: Подходит для анализа номинальных данных.

Недостатки: Не измеряет степень связи, а только наличие или отсутствие связи.

Коэффициент ассоциации Пирсона:

Преимущества: Подходит для анализа категориальных данных и выявления зависимости между переменными.

Недостатки: Не измеряет степень связи и требует больших выборок для точных результатов.

Заключение

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена является мощным и универсальным инструментом для анализа данных, особенно когда данные не соответствуют нормальному распределению или имеют нелинейную связь. Его простота расчета и устойчивость к выбросам делают его предпочтительным выбором в различных областях науки и практики. Сравнение с другими методами корреляционного анализа показывает, что каждый метод имеет свои преимущества и ограничения, и выбор метода зависит от конкретных характеристик данных и целей исследования.