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과학

에너지 검정

에너지 검정과학
영문명
Energy test of equal distributions
대상
두 표본 또는 여러 표본의 분포
기본 계산
표본 간 거리와 표본 내 거리 비교
기준 분포
표본 라벨의 재배열로 평가 가능
에너지 검정은 관측 사이의 거리를 이용해 여러 표본의 분포가 같은지 평가하는 비모수 검정이다. 평균 차이만을 비교하는 검정과 달리 분포의 다른 차이도 대상으로 삼는다.

두 표본의 거리 비교

두 표본 X,Y의 크기를 n,m이라 하자. M_xy는 nm개 교차 거리의 평균이고 M_xx,M_yy는 각각 대각의 0까지 포함한 모든 표본 내 거리의 평균이다. 대표 통계량은 T=nm/(n+m)×(2M_xy−M_xx−M_yy)다. 표본 간 거리가 표본 내 퍼짐보다 큰지를 비교한다. 표본 내 항에서 분모를 임의로 n(n−1)로 바꾸면 다른 추정량이 된다.

작은 표본에서 계산하기

X=(0,0),Y=(2,2)이면 교차 거리는 모두 2이고 각 표본 내 거리는 모두 0이다. n=m=2이므로 T=(4/4)×4=4다. 반대로 X=(0,2),Y=(0,2)이면 교차 평균과 두 표본 내 평균이 모두 1이라 T=0이다. 이 예에서 통계량은 분포를 나눈 방식에 따라 달라지며,관측값의 합만 비교하는 계산과 다르다.

라벨을 바꾼 기준 분포

앞의 네 관측 0,0,2,2에서 두 개를 X로 고르는 라벨 배치는 6개다. 두 표본이 각각 같은 값끼리 모이는 2개 배치에서는 T=4이고 나머지 4개 배치에서는 T=0이다. 라벨 교환이 허용되는 귀무가설 아래 큰 쪽을 세는 정확한 순열 확률은 2/6=1/3이다. 통계량이 4라는 숫자만으로 작은 유의확률이라고 판단할 수 없다는 예다.

여러 표본과 자료 조건

여러 집단에서는 집단 쌍의 에너지 통계량을 결합하는 구성을 사용할 수 있다. 관측이 벡터여도 거리를 계산할 수 있지만 좌표 단위와 척도가 거리에 영향을 준다. 시계열처럼 관측이 의존하면 라벨을 무조건 섞는 교환가능성 가정도 검토한다. 귀무가설을 기각하지 못한 결과가 분포가 정확히 같다는 증명은 아니며,기각하더라도 어떤 차이인지 별도로 살펴야 한다.

관련 문서

에너지 거리 / 거리 상관계수 / 순열 검정 / 유클리드 거리 / 귀무가설 / 확률분포