结构方程模型与AMOS使用名师优质课获奖市赛课一等奖课件.ppt
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1、结构方程模型与结构方程模型与AMOS使用使用Structural Equation Model&Analysis of Moment Structures暨南大学医学院医学统计学教研室暨南大学医学院医学统计学教研室林汉生林汉生第第1页页什么是结构方程模型?什么是结构方程模型?是分析多个原因和多个结果之间关系、是分析多个原因和多个结果之间关系、能处理潜在变量多元统计方法,从而进能处理潜在变量多元统计方法,从而进行因果模型设定、模型参数预计和模型行因果模型设定、模型参数预计和模型评价。评价。内容内容路径分析路径分析探索性因子分析探索性因子分析验证性因子分析验证性因子分析结构方程模型分析结构方程模型
2、分析第第2页页1.路径分析路径分析 1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x xX:Social economical status of parentX:Social economical status of parentY1:Motivition interestY1:Motivition interestY2:Reputation of universiyY2:Reputation of universiyY3:Achievement of child in universit
3、yY3:Achievement of child in university第第3页页图图15-3 父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响(标准结构回归系数与确定系数(标准结构回归系数与确定系数R2)第第4页页第第5页页探索性因子分析探索性因子分析潜在因子潜在因子1表示了孩子学习情况表示了孩子学习情况潜在因子潜在因子2表示了家长知识水平表示了家长知识水平a a1111a a2121a a3131a a4141a a4242a a3232a a2222a a1212 1 1 2 2 1 1 2 2 3 3 4 4x x2 2x x1 1x x3 3x
4、 x4 4第第6页页a a1111a a2121a a4242a a3232 1 1 2 2 1 1 2 2 3 3 4 4x x2 2x x1 1x x3 3x x4 4验证性因子分析验证性因子分析只需预计特定因子载荷,其余因子载荷只需预计特定因子载荷,其余因子载荷均假定为均假定为0;因子之间相关系数;因子之间相关系数第第7页页2.验证性因子分析验证性因子分析第第8页页结构方程模型结构方程模型第第9页页3.结构方程模型(包含单指标因子)结构方程模型(包含单指标因子)第第10页页结构方程模型分析步骤结构方程模型分析步骤模型设定模型设定模型拟合模型拟合模型评价模型评价模型修正模型修正模型解释模型
5、解释第第11页页内容内容路径分析路径分析探索性因子分析探索性因子分析验证性因子分析验证性因子分析结构方程模型分析结构方程模型分析AMOS使用使用第第12页页第一节第一节 路径分析路径分析问题引出问题引出路径分析数学模型路径分析数学模型路径分析模型基本要素路径分析模型基本要素路径分析方法路径分析方法直接影响、间接影响和总体影响直接影响、间接影响和总体影响路径分析模型可判别性和自由度路径分析模型可判别性和自由度非递归式模型非递归式模型路径分析在医学中应用路径分析在医学中应用第第13页页一、问题引出一、问题引出多元线性回归:一组自变量怎样影响一多元线性回归:一组自变量怎样影响一个因变量。个因变量。当
6、第一个变量影响第二个变量,而第二当第一个变量影响第二个变量,而第二个变量又影响第三个变量,第一个变量个变量又影响第三个变量,第一个变量就间接地影响第三个变量。就间接地影响第三个变量。xy1y2第第14页页二、路径分析数学模型二、路径分析数学模型变量之间关系:直接、间接、全部(直变量之间关系:直接、间接、全部(直接和间接)接和间接)模型中变量:模型中变量:有变量不受模型内任何变量影响,只影响其有变量不受模型内任何变量影响,只影响其它变量它变量有变量既受其它变量影响,又影响其它变量有变量既受其它变量影响,又影响其它变量xy1y2第第15页页1.路径图路径图在进行路径分析之前,先依据变量之间在进行路
7、径分析之前,先依据变量之间可能存在或理论上各种线性关系,作出可能存在或理论上各种线性关系,作出路径图。路径图。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1第第16页页对于任意两个变量对于任意两个变量A和和B,有四种,有四种可能基本结构关系可能基本结构关系 递归式模型:递归式模型:AB:A可能影响可能影响B,但反过来不影响,但反过来不影响AB:B可能影响可能影响A,但反过来不影响,但反过来不影响AB:A和和B之间无假定结构关系,但可之间无假定结构关系,但可能是相关联。能是相关联。
8、非递归式模型:非递归式模型:A B:A可能影响可能影响B,B也可能影响也可能影响A第第17页页2.变量之间关系分为两类变量之间关系分为两类独立变量与非独立变量之间关系,回归独立变量与非独立变量之间关系,回归系数用系数用 表示(只有箭头出)。表示(只有箭头出)。非独立变量之间关系非独立变量之间关系,回归系数用,回归系数用 表示表示(箭头有进,或有进有出)。(箭头有进,或有进有出)。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1第第18页页3.路径分析模型路径分析模型 i,ij和和
9、j是待估回归系数是待估回归系数 i 是残差,表示了变量是残差,表示了变量 yi 随机误差或模型随机误差或模型外其它变量对外其它变量对 yi 总体影响。总体影响。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1第第19页页外来变量和内在变量外来变量和内在变量外来变量:也称外生变量外来变量:也称外生变量(exogenous),只,只受模型以外其它变量影响。外来变量中观受模型以外其它变量影响。外来变量中观察变量也称为独立变量,用察变量也称为独立变量,用x表示。误差变表示。误差变量也是外来
10、变量。仅有朝外箭头。量也是外来变量。仅有朝外箭头。内在变量:也称内生变量内在变量:也称内生变量(endogenous),受模型内部变量影响变量。一定有朝内箭受模型内部变量影响变量。一定有朝内箭头,但也有可能有朝外箭头。头,但也有可能有朝外箭头。第第20页页路径分析数学模型路径分析数学模型矩阵矩阵,和和 是路径分析模型中待估结是路径分析模型中待估结构系数矩阵,构系数矩阵,是残差项矩阵。是残差项矩阵。将变量减去它均值不会改变变量之间线将变量减去它均值不会改变变量之间线性关系,变换后消去常数项。性关系,变换后消去常数项。第第21页页4.路径分析假设条件路径分析假设条件全部全部y变量为服从多元变量为服
11、从多元正态分布正态分布随机变量;随机变量;全部全部x变量为固定变量,无度量误差,相互独立;变量为固定变量,无度量误差,相互独立;全部残差变量是随机变量,服从均值为全部残差变量是随机变量,服从均值为0,方差为,方差为常数多元正态分布;常数多元正态分布;每一个每一个y变量残差项变量残差项之间独立;之间独立;残差变量与残差变量与x变量不变量不相关。相关。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1第第22页页三、路径分析计算方法三、路径分析计算方法第第23页页1.基本思想基本思想给参
12、数给参数,一组初始预计值,计算出非一组初始预计值,计算出非独立变量独立变量y预测值以及残差;预测值以及残差;令令S是是yi实测值方差协方差矩阵,实测值方差协方差矩阵,是是yi预测值方差协方差矩阵。预测值方差协方差矩阵。假如假如S和和没有靠近到一定程度,那么再没有靠近到一定程度,那么再给出参数另一组预计值,直到满足精度给出参数另一组预计值,直到满足精度要求为止。要求为止。第第24页页2.预计方法预计方法最大似然预计法(最大似然预计法(maximum likelihood estimation)广义最小二乘法(广义最小二乘法(generalized least-squares estimation
13、)非加权最小二乘法(非加权最小二乘法(unweighted least-squares estimation)第第25页页(1)最大似然预计法)最大似然预计法要求要求可测变量为连续变量可测变量为连续变量且服从且服从多元正态多元正态分布。在大样本(分布。在大样本(n200)情况下,该预)情况下,该预计分布近似正态分布。计分布近似正态分布。该预计不受量纲影该预计不受量纲影响。响。S和和越靠近,则最大似然函数越靠近,则最大似然函数FML越小越小。使得到达最小值预计使得到达最小值预计 称为称为最大似然值最大似然值预计。预计。该方法稳健,是最惯用方法,是结构方程该方法稳健,是最惯用方法,是结构方程统计软
14、件统计软件AMOS和和LISREL(Linear Structural Relationship)默认方法。)默认方法。第第26页页(2)广义最小二乘法)广义最小二乘法要求可测变量服从正态分布要求可测变量服从正态分布大样本情况下,与最大似然预计法结果大样本情况下,与最大似然预计法结果很靠近。很靠近。不受量纲影响不受量纲影响第第27页页(3)非加权最小二乘法)非加权最小二乘法不要求可测变量总体服从正态分布。不要求可测变量总体服从正态分布。试图使试图使中每个元素与中每个元素与S中对应元素差距中对应元素差距最小。最小。受量纲影响受量纲影响不能对参数进行假设检验不能对参数进行假设检验第第28页页3.计
15、算标准化回归系数计算标准化回归系数将观察变量标准化将观察变量标准化用观察变量相关系数矩阵用观察变量相关系数矩阵用公式用公式 消除了量纲影响,能够用来比较消除了量纲影响,能够用来比较自变量对因变量相对主要性。绝对值自变量对因变量相对主要性。绝对值越大,对因变量贡献越大。越大,对因变量贡献越大。第第29页页4.模型整体检验模型整体检验评价评价S和和靠近程度,等价于评价样本观靠近程度,等价于评价样本观察值与模型预测值差异。方法很多,初察值与模型预测值差异。方法很多,初学者可使用学者可使用 2拟合优度检验法。拟合优度检验法。评价每个结构方程确实定系数评价每个结构方程确实定系数R2第第30页页 5.例题
16、例题例例15-2:为了研究父母社会经济地位(:为了研究父母社会经济地位(x1)对孩子今后大学学习成绩影响(对孩子今后大学学习成绩影响(y3),调查,调查了了4个变量:父母社会经济地位(个变量:父母社会经济地位(x1),孩),孩子学习动机与兴趣(子学习动机与兴趣(y1),孩子所在学校质),孩子所在学校质量或声望(量或声望(y2),孩子在大学学习成绩),孩子在大学学习成绩(y3)。共调查。共调查3094名学生。名学生。1111 2121x x1 1 3131 2121 3131 3232y y1 1y y2 2y y3 3 2 2 1 1 3 3 1111 2121x x1 1第第31页页SPSS
17、数据文件(数据文件(1)第第32页页SPSS数据文件(数据文件(2)该内容计算不用该内容计算不用“mean”第第33页页非标准结构回归系数与方差非标准结构回归系数与方差图图15-3 父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响第第34页页图图15-3 父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响(标准结构回归系数与确定系数(标准结构回归系数与确定系数R2)第第35页页 Amos 17.0 能够显示汉字能够显示汉字图图15-3 父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响父母社会经济地位对孩子今后大学学习成绩影响第第3
18、6页页Estimates Critical Ratio临界比临界比第第37页页Squared Multiple Correlations第第38页页结果解释结果解释和线性回归分析一样,非标准系数预计和线性回归分析一样,非标准系数预计值给出一个变量改变一个单位时,另一值给出一个变量改变一个单位时,另一个单位改变单位数;标准回归系数预计个单位改变单位数;标准回归系数预计值给出了一个变量改变一个标准单位时,值给出了一个变量改变一个标准单位时,另一个变量改变标准单位数。另一个变量改变标准单位数。非标准系数有量纲单位,在同一个模型非标准系数有量纲单位,在同一个模型中不能相互比较大小,但能够作为实际中不能
19、相互比较大小,但能够作为实际意义解释。意义解释。第第39页页 标准系数无量纲单位,没有实际意义,标准系数无量纲单位,没有实际意义,但在同一个模型中能够相互比较大小,但在同一个模型中能够相互比较大小,绝对值大系数对应变量之间相关程度强绝对值大系数对应变量之间相关程度强于绝对值小。本例说明学习动机于绝对值小。本例说明学习动机y1和学和学校声誉校声誉y2对学习成绩对学习成绩y3影响大于父母社影响大于父母社会地位会地位x1。第第40页页 确定系数确定系数R2:父母社会经济情况、学习:父母社会经济情况、学习动机兴趣和学校著名度仅能解释儿女大动机兴趣和学校著名度仅能解释儿女大学学习成绩变异学学习成绩变异1
20、0。第第41页页四、直接影响、间接影响和总体四、直接影响、间接影响和总体影响影响总体影响直接影响间接影响总体影响直接影响间接影响如变量如变量x1对对y3总体影响标准系数等于路总体影响标准系数等于路径图中各通道标准回归系数乘积之和径图中各通道标准回归系数乘积之和第第42页页 总体影响标准系数总体影响标准系数(x1y3)=0.05+0.110.19+0.110.170.20+0.280.20=0.13总体影响标准系数(总体影响标准系数(y1y3)=0.19+0.170.20=0.22总体影响标准系数(总体影响标准系数(y2y3)=0.20第第43页页总体影响标准系数总体影响标准系数第第44页页五、
21、路径分析模型可判别性和自由度五、路径分析模型可判别性和自由度 可判别性:模型是否有足够观察变量方差和协可判别性:模型是否有足够观察变量方差和协方差信息去预计未知参数方差信息去预计未知参数恰好可判别模型:有恰好适当观察变量方差和恰好可判别模型:有恰好适当观察变量方差和协方差矩阵信息,使全部未知参数解都唯一。协方差矩阵信息,使全部未知参数解都唯一。过分可判别模型:有过多观察变量方差和协方过分可判别模型:有过多观察变量方差和协方差矩阵信息,使未知参数方程组有不唯一解。差矩阵信息,使未知参数方程组有不唯一解。不足判别模型:没有足够观察变量方差和协方不足判别模型:没有足够观察变量方差和协方差矩阵信息,使
22、得模型中未知参数方程组无解。差矩阵信息,使得模型中未知参数方程组无解。第第45页页可判别模型必要条件可判别模型必要条件 c表示模型中观察变量方差协方差矩阵信息表示模型中观察变量方差协方差矩阵信息(c=k(k+1)/2),),k表示模型中观察变量个数,表示模型中观察变量个数,p表示模型中待预计未知参数个数。表示模型中待预计未知参数个数。cp:可判别模型必要条件:可判别模型必要条件c p:模型一定不可判别:模型一定不可判别本例本例c=4(4+1)/2=10;p=10;c=p第第46页页自由度自由度 df=c-p本例本例df=c p10-100当自由度为负数,模型一定不可判别。当自由度为负数,模型一
23、定不可判别。自由度大于或等于自由度大于或等于0,模型有可能被判别,模型有可能被判别,也有可能不被判别。也有可能不被判别。第第47页页六、非递归式模型六、非递归式模型Nonrecursive ModelA B:A可能影响可能影响B,B也可能影响也可能影响A第第48页页第第49页页SPSS 数据文件数据文件 第第50页页七、路径分析在医学中应用七、路径分析在医学中应用 路径分析最大优点是路径分析最大优点是能够发觉间接影响问题能够发觉间接影响问题能够解释一个原因怎样经过另一个原因能够解释一个原因怎样经过另一个原因影响反应变量影响反应变量 多元线性回归缺点是多元线性回归缺点是要求自变量独立要求自变量独
24、立不存在原因之间相互影响不存在原因之间相互影响第第51页页第二节第二节 探索性因子分析探索性因子分析预计因子载荷预计因子载荷确定潜在因子个数确定潜在因子个数解释潜在因子实际意义解释潜在因子实际意义计算因子得分计算因子得分 每个潜在因子最少支配两个指标变量,每个潜在因子最少支配两个指标变量,不过一些特殊情况中,某个潜在因子只影不过一些特殊情况中,某个潜在因子只影响唯一一个指标变量,称之为单指标因子。响唯一一个指标变量,称之为单指标因子。第第52页页两个因子因子分析路径图两个因子因子分析路径图第第53页页第三节第三节 验证性因子分析验证性因子分析确定性因子分析确定性因子分析在探索性因子分析基础在探
25、索性因子分析基础之上进行之上进行深入分析深入分析潜在因子潜在因子和和指标指标之间已经确定之间已经确定关系关系分析分析潜在因子之间潜在因子之间关联程度关联程度是结构方程模型分析关键一步是结构方程模型分析关键一步第第54页页一、验证性因子分析基本原理一、验证性因子分析基本原理确定性因子分析在探索性因子分析基础确定性因子分析在探索性因子分析基础之上进行之上进行不需预计全部因子载荷不需预计全部因子载荷只需预计特定因子载荷,其余因子载荷只需预计特定因子载荷,其余因子载荷均假定为均假定为0 比如:孩子数学(比如:孩子数学(x1)成绩,孩子语文成)成绩,孩子语文成绩(绩(x2),父亲学历(,父亲学历(x3)
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