StatQuest生物统计学专题 - p值
单尾检验可以降低p值，so cool？？Oh NO！p值0.051…显著性阈值0.05？
今天来聊聊p值，这个让人又爱又恨的p值早已是科研文献中的明星数值，任何依赖于数据进行推断的结论，只要不带上p值，肯定会被人diss到阵亡。然而看着辛苦做出的数据p值是0.051、0.10…，这次第，又怎一愁字了得。
为了让自己的科研心血能走上正位，总有“操作”可以做的嘛：双尾不行来个单尾试试、非参检验不OK强上t检验、补一两个重复再看看显著性也是可以的啊。
然而，我们不禁要问，这样真的OK吗？
接下来就聊聊p值：
单尾检验可以降低p值，so cool？？
场景一：
假定你正在进行一项癌症治疗的临床，并期望使用你的新疗法可以提高治疗癌症的效果，然后共有6例病人，结果如下，除了中间的两例，新疗法和对照疗法是有较大的区分的。
检验此时的p值，单尾检验0.03，是显著的，然而双尾检验却是0.06，怎么办，辛辛苦苦做来的实验数据，不就是为了获得显著性？是否应该直接选用单尾检验？
先看一下此例子中单尾检验和双尾检验的含义，单尾检验是用于检验新疗法是不是好于对照疗法，而双尾检验是用于检验新疗法是“好于”、“坏于”还是“无统计学差异于”对照疗法。单尾检验显著性之所以高，是因为它不区分“坏于”和“无统计学差异”的情况。
由于我们就是为了检验新疗法和对照疗法的疗效差异的，我们并不能断定新疗法一定不会差于对照疗法，所以应该使用双尾检验，不能使用单位检验。
但是还有一个新的问题，从图中的数据可以看出，大多数新疗法的数据都要好于对照疗法，难道不能据此认定应该使用单尾检验吗？
这里必须指出一个良好的统计学实践规范：在开始一项实验之前，应该确定好使用的检验方法及检验水平。否则就是在进行p值篡改，在增加毫无意义的假阳性结果。
为什么会这样？
仍以正态分布的抽样为例，每次抽取两个样本，每个样本数量为3，对两个样本进行双尾t检验，大多数情况下都是下图中1的情况，得出不显著的p值，然而仍然有少数情况下得出下图中2的情况，也就是p值显著（假阳性，两个样本来自于同一总体，理应是不显著）。由于显著性是0.05，假阳性事件是可能发生的，理论上有5%的发生可能性。
假如我们做10,000次这种抽样并进行双尾t检验的模拟，就可以得到10,000个p值，由于显著性阈值设定为0.05，10,000*0.05=500，那么理论上会有500次的抽样显著性为显著（假阳性）。将这10,000个p值按照p值大小和相应数抽样次数进行画图，可以得到下图。可以看到，模拟实验也显示约有500例的假阳性。
接着，我们继续进行单尾t检验的情况，仍然抽样10,000次，但是假如样本1中有两个及以上数值低于样本2，则使用单尾检验（模拟场景一的情形）。将其按照p值大小和数量进行画图，得到下图。可以发现此时的假阳性提高了，约有800例左右。尽管此时使用同样的显著性阈值0.05，但是假阳性却从5%升高至8%。
最后，重新回到“场景一”，很明显我们是为了获知新疗法究竟是“好于”还是“差于”对照疗法，所以双尾检验才是更恰当的方案。在绝大部分情况下，我们需要双尾而不是单尾的检验。
Oh NO！p值0.051…
场景二：
假如明天就是组会，而老板像催命一样向你要一个数据：
你做实验奋战到深夜;
终于得到一批实验数据;
然后赶紧去做了一个统计学分析;
结果p值是….0.051… Oh NO！
你还有时间追加一个重复，你会怎么做？
回答这个问题之前，同样的先做一个模拟实验看看，在刚才“单尾检验可以降低p值，so cool？？”部分已经做过类似的模拟。
随机从正态总体中抽样两个样本，每个样本数量为3，抽样1,000次，并对每次抽样做双尾t检验。同样的将p值数据做一个频数直方图。如下图，p值小于0.05的假阳性样本53次（蓝色条），大于0.05小于0.1的样本48次（红色条）。这些数据没有问题，接近理论值50次。
进一步的，假如随机抽取一个同一正态总体的数据，并将其补充到48次“红色条”数据中（也就是令其样本数量加1，模拟场景二），那么此时可以发现30%的“红色条”数据变为显著。只是使用毫无意义的随机数据就可以将“近似显著数据”的30%纳入到假阳性中。
所以，不要直接补加数据重复直到显著，这样只会增加假阳性几率。
But，我估计肯定会有人去拼这30%的概率去调‘近似显著’的显著性。
那么应该怎么做？
在每一次实验前，应该使用“功效分析”估计样本数量；
如果从来没有做过“功效分析”，可以使用当前数据做一下“功效分析”。
什么是“功效分析”？
功效是不犯第II类统计错误的概率，是不犯“假阴性”的概率。为了获得一个正确的显著性p值，所需要的样本数量计算就是功效分析的一种。
一个统计推断，犯“假阳性”的概率就是α值，一般为0.05；犯“假阴性”的概率同多个因素相关（数据效应、数据波动、样本量及统计推断方法），“假阴性”概率用β值表示，一般控制β在0.1。
功效值就是1-β，其值相应的为0.9。
同样的样本大小情况下，功效同数据效应大小及数据波动有关
以正态分布为例，见下图：
数据效应（均值差）越大则抽样数据越容易区分两个正态分布，也就是越不容易有“假阴性”，也就越有较大的功效；
数据波动（标准差）越小，则抽样数据越容易区分两个正态分布，也越有较大的功效。
那么功效同样本量有什么关系呢？
假定从一个正态中体中抽样1000次，每次抽样取均值，将这1000个均值绘制直方图，见下图，随着样本数量的提高，样本均值越容易在中间（其实就是总体均值）聚集。也就是说样本数量越大，样本越容易代表总体，越容易代表总体，自然也就越容易区分两个总体的不同，功效就越大。
此外，一些统计推断方法也会影响功效值，一般情况下，符号秩检验、秩和检验等非参数检验的功效比t检验、方差分析等有参数检验的功效值要低，在满足t检验、方差分析等有参数检验的使用条件的情况下，应该尽量使用有参检验。
怎么进行“功效分析”？
首先需要一些预实验数据或对实验结果的预想值，他们来自于：
以前的实验数据；
文献数据；
对实验结果的合理预想值；
然后功效分析要求知道下图三者其二，然后可以求第三个变量（α值0.05, 1-β=0.9）。
一般根据以前的实验数据或文献数据，可以得到效应大小（均值差）及数据波动（标准差）的预估值，根据功效分析就可以求得相应的样本数量。
具体的功效分析实施：
网站：http://powerandsamplesize.com/(已测试，打不开)
Mac/Windows：Gpowre、PASS
R：pwr
显著性阈值0.05？
一般情况下，显著性阈值定为0.05都没有问题，这也是文献中最常用的阈值，但是有时候也需要对显著性阈值进行调整。
如果你只是在探索数据，那么并不需要一定将阈值设定在0.05，你也可以设定稍微较高的阈值，只要后期得到验证即可，以免在初期实验条件不是最优的情况下，错失重要发现。如果你的数据几乎没有相关联的可能，那么此时无论多小的显著性都是没有意义的，就像一个国家居民感冒的次数同股市的涨跌之间的关系一样，我们几乎不认为这两者之间有什么关联，即便真的获得了足够小的p值，也没有什么意义。如果对于非同寻常的数据，诸如一些令人难以置信的结果，那么往往也需要极其小的p值才能最终确定。
参考资料
StatQuest课程：https://statquest.org/video-index/
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