京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
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
主讲人简介 张冲,海归统计学硕士,CDA 认证数据分析师,前云南白药集团资深数据分析师,自媒体 Python 讲师,全网课程播放量破 ...
2026-04-10在数据可视化与业务分析中,同比分析是衡量业务发展趋势、识别周期波动的核心手段,其核心逻辑是将当前周期数据与上年同期数据进 ...
2026-04-10在机器学习模型的落地应用中,预测精度并非衡量模型可靠性的唯一标准,不确定性分析同样不可或缺。尤其是在医疗诊断、自动驾驶、 ...
2026-04-10数据本身是沉默的,唯有通过有效的呈现方式,才能让其背后的规律、趋势与价值被看见、被理解、被运用。统计制图(数据可视化)作 ...
2026-04-10在全球化深度发展的今天,跨文化传播已成为连接不同文明、促进多元共生的核心纽带,其研究核心围绕“信息传递、文化解读、意义建 ...
2026-04-09在数据可视化领域,折线图是展示时序数据、趋势变化的核心图表类型之一,其简洁的线条的能够清晰呈现数据的起伏规律。Python ECh ...
2026-04-09在数据驱动的时代,数据分析早已不是“凭经验、靠感觉”的零散操作,而是一套具备固定逻辑、标准化流程的系统方法——这就是数据 ...
2026-04-09长短期记忆网络(LSTM)作为循环神经网络(RNN)的重要改进模型,凭借其独特的门控机制(遗忘门、输入门、输出门),有效解决了 ...
2026-04-08在数据分析全流程中,数据质量是决定分析结论可靠性的核心前提,而异常值作为数据集中的“异类”,往往会干扰统计检验、模型训练 ...
2026-04-08在数字经济飞速发展的今天,数据已渗透到各行各业的核心场景,成为解读趋势、优化决策、创造价值的核心载体。而数据分析,作为挖 ...
2026-04-08在数据分析全流程中,数据处理是基础,图形可视化是核心呈现手段——前者负责将杂乱无章的原始数据转化为干净、规范、可分析的格 ...
2026-04-07在数据分析与统计推断中,p值是衡量假设检验结果显著性的核心指标,其本质是在原假设(通常为“无效应”“无差异”)成立的前提 ...
2026-04-07在数字经济深度渗透的今天,数据已成为企业生存发展的核心资产,企业的竞争本质已转变为数据利用能力的竞争。然而,大量来自生产 ...
2026-04-07Python凭借简洁的语法、丰富的生态库,成为算法开发、数据处理、机器学习等领域的首选语言。但受限于动态类型、解释性执行的特性 ...
2026-04-03在深度学习神经网络中,卷积操作是实现数据特征提取的核心引擎,更是让模型“看懂”数据、“解读”数据的关键所在。不同于传统机 ...
2026-04-03当数字化转型从企业的“战略口号”落地为“生存之战”,越来越多的企业意识到,转型的核心并非技术的堆砌,而是数据价值的深度挖 ...
2026-04-03在日常办公数据分析中,数据透视表凭借高效的汇总、分组功能,成为Excel、WPS等办公软件中最常用的数据分析工具之一。其中,“计 ...
2026-04-02在数字化交互的全场景中,用户的每一次操作都在生成动态的行为轨迹——电商用户的“浏览商品→点击详情→加入购物车”,内容APP ...
2026-04-02在数字化转型深度推进的今天,企业数据已成为驱动业务增长、构建核心竞争力的战略资产,而数据安全则是守护这份资产的“生命线” ...
2026-04-02在数据驱动决策的浪潮中,数据挖掘与数据分析是两个高频出现且极易被混淆的概念。有人将二者等同看待,认为“做数据分析就是做数 ...
2026-04-01