Binomial glmer () singular a pesar de "muchos" datos

Sep 18 2020

He estado leyendo diferentes preguntas sobre lo fácil que es toparse con singularidades al ajustar modelos de efectos mixtos con glmer(). En general, la idea es que las singularidades pueden surgir de estructuras aleatorias muy complejas. Si la estructura aleatoria es simple, también podría suceder cuando los datos no sean suficientes para calcular la matriz de varianza-covarianza ... vea, por ejemplo, esta página de Ben Bolker , la respuesta de Robert Long a esta publicación o la página de ayuda deisSingular() .

Sin embargo, el modelo que intento ajustar es muy simple:

mod.detection_rand <- glmer(reaction ~ Pedra + (1|Channel), family="binomial", data = garotes)
boundary (singular) fit: see ?isSingular

... y aparentemente tengo suficientes datos para las diferentes combinaciones de variables predictoras (fijas y aleatorias):

library(tidyverse)
garotes %>% 
  group_by(Channel, Pedra) %>% 
  summarise(n = n())
# A tibble: 16 x 3
# Groups:   Channel [8]
   Channel Pedra     n
     <int> <fct> <int>
 1       1 No       13
 2       1 Yes      13
 3       2 No       14
 4       2 Yes      12
 5       3 No       12
 6       3 Yes      14
 7       4 No       13
 8       4 Yes      13
 9       5 No       13
10       5 Yes      13
11       6 No       14
12       6 Yes      12
13       7 No       13
14       7 Yes      13
15       8 No       14
16       8 Yes      12

¿Qué piensas?

EDITAR: Aquí está el resumen del modelo, summary(mod.detection_rand)

Generalized linear mixed model fit by maximum likelihood (Laplace Approximation) ['glmerMod']
 Family: binomial  ( logit )
Formula: reaction ~ Pedra + (1 | Channel)
   Data: garotes

     AIC      BIC   logLik deviance df.resid 
   261.5    271.5   -127.7    255.5      205 

Scaled residuals: 
    Min      1Q  Median      3Q     Max 
-1.8533 -0.9449  0.5396  0.5396  1.0583 

Random effects:
 Groups  Name        Variance Std.Dev.
 Channel (Intercept) 0        0       
Number of obs: 208, groups:  Channel, 8

Fixed effects:
            Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)    
(Intercept)  -0.1133     0.1946  -0.582     0.56    
PedraYes      1.3473     0.3066   4.394 1.11e-05 ***
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

Correlation of Fixed Effects:
         (Intr)
PedraYes -0.635
convergence code: 0
boundary (singular) fit: see ?isSingular

EDIT2: Siguiendo el comentario de Billy:

bobyqa : boundary (singular) fit: see ?isSingular
[OK]
Nelder_Mead : boundary (singular) fit: see ?isSingular
[OK]
nlminbwrap : boundary (singular) fit: see ?isSingular
[OK]
nmkbw : boundary (singular) fit: see ?isSingular
[OK]
optimx.L-BFGS-B : boundary (singular) fit: see ?isSingular
[OK]
nloptwrap.NLOPT_LN_NELDERMEAD : boundary (singular) fit: see ?isSingular
[OK]
nloptwrap.NLOPT_LN_BOBYQA : boundary (singular) fit: see ?isSingular
[OK]

EDIT3: Siguiendo la respuesta de Isabella:

Verifiqué la estructura de la variable de resultado ( reaction). Aquí está la tabla de resultados:

library(tidyverse)
garotes %>% 
  group_by(Channel, Pedra, reaction) %>% 
  summarise(n = n()) %>% 
  print(n = Inf)
# A tibble: 32 x 4
# Groups:   Channel, Pedra [16]
    Channel Pedra   reaction  n
      <int> <fct>    <int>  <int>
 1       1 No           0     6
 2       1 No           1     7
 3       1 Yes          0     3
 4       1 Yes          1    10
 5       2 No           0     7
 6       2 No           1     7
 7       2 Yes          0     2
 8       2 Yes          1    10
 9       3 No           0     8
10       3 No           1     4
11       3 Yes          0     6
12       3 Yes          1     8
13       4 No           0     7
14       4 No           1     6
15       4 Yes          0     3
16       4 Yes          1    10
17       5 No           0     8
18       5 No           1     5
19       5 Yes          0     1
20       5 Yes          1    12
21       6 No           0     6
22       6 No           1     8
23       6 Yes          0     2
24       6 Yes          1    10
25       7 No           0     6
26       7 No           1     7
27       7 Yes          0     2
28       7 Yes          1    11
29       8 No           0     8
30       8 No           1     6
31       8 Yes          0     4
32       8 Yes          1     8

Aparentemente, existen ambos tipos de resultados para todos Channelsy todos los Pedratratamientos ... así que no es como el ejemplo que presentó Isabella ... además, intenté modelar este GLMM con el library(GLMMadaptive)y tampoco convergió.

EDIT4: El conjunto de datos que estoy usando, en caso de que alguien tenga curiosidad.

Channel Pedra   reaction
1   No  1
2   No  0
3   No  0
4   No  0
5   No  0
6   No  1
7   No  0
8   No  0
1   No  1
2   No  1
3   No  1
4   No  1
5   No  0
6   No  0
7   No  0
8   No  0
1   No  0
2   No  1
3   No  0
4   No  0
5   No  0
6   No  0
7   No  0
8   No  1
1   No  0
2   No  1
3   Yes 0
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 1
8   Yes 0
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 0
4   Yes 0
5   No  0
6   No  1
7   Yes 1
8   Yes 1
1   Yes 0
2   Yes 1
3   Yes 1
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 0
7   No  1
8   No  1
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 1
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 1
8   Yes 1
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 1
4   Yes 1
5   Yes 0
6   Yes 1
7   Yes 1
8   Yes 1
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 0
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 0
8   Yes 0
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 0
4   Yes 0
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 1
8   Yes 0
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 0
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 0
8   Yes 0
1   Yes 1
2   Yes 0
3   Yes 1
4   Yes 0
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 1
8   Yes 1
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 0
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 0
7   Yes 1
8   Yes 1
1   Yes 1
2   Yes 1
3   Yes 1
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 1
8   Yes 1
1   Yes 0
2   Yes 0
3   Yes 1
4   Yes 1
5   Yes 1
6   Yes 1
7   Yes 1
8   Yes 1
1   Yes 1
2   No  0
3   Yes 1
4   No  1
5   Yes 1
6   No  1
7   Yes 1
8   No  1
1   No  0
2   Yes 1
3   No  0
4   Yes 1
5   No  1
6   Yes 1
7   No  1
8   Yes 1
1   Yes 0
2   No  1
3   Yes 1
4   No  0
5   Yes 1
6   No  1
7   Yes 1
8   No  0
1   No  0
2   No  1
3   No  1
4   No  0
5   No  1
6   No  0
7   No  0
8   No  0
1   No  1
5   No  0
3   No  1
4   No  1
2   No  1
6   No  0
7   No  1
8   No  0
1   No  0
5   No  0
3   No  0
4   No  0
2   No  1
6   No  0
7   No  0
8   No  0
1   No  1
5   No  1
3   No  1
4   No  0
2   No  0
6   No  1
7   No  1
8   No  0
1   No  1
5   No  0
3   No  0
4   No  1
2   No  0
6   No  1
7   No  1
8   No  1
1   No  1
5   No  1
3   No  0
4   No  1
2   No  0
6   No  1
7   No  1
8   No  1
1   No  1
5   No  1
3   No  0
4   No  0
2   No  0
6   No  1
7   No  0
8   No  0
1   No  0
5   No  0
3   No  0
4   No  1
2   No  0
6   No  0
7   No  1
8   No  1

¡Muchas gracias por todas sus respuestas, en cualquier caso! ¡Aprendiendo mucho de ellos!

Respuestas

4 Eoin Sep 22 2020 at 17:02

Un comentario adicional: eché un vistazo a sus datos y está claro, nuevamente, que no hay evidencia de una variación sistemática entre los diferentes canales. Es por esto que el modelo mixto estima que la varianza entre canales es$0$, haciendo que el modelo sea singular.

Puede ver esto en la figura siguiente, donde los errores estándar para casi todos los canales se superponen ...

... y puede confirmarlo mediante la descomposición ANOVA de un GLM de efectos fijos, mostrando que no hay un efecto principal significativo de Canal (p = .986).

m_fixed_effects = glm(cbind(n, total) ~ Pedra + factor(Channel), 
                      data=positive, family=binomial)
car::Anova(m_fixed_effects)
# Analysis of Deviance Table (Type II tests)
# 
# Response: cbind(n, total)
#                 LR Chisq Df Pr(>Chisq)  
# Pedra             4.9148  1    0.02663 *
# factor(Channel)   1.3859  7    0.98600  
# ---
# Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

Código

library(tidyverse)
df = read.csv('/path/to/reaction.csv')
head(df)
#   Channel Pedra reaction  n
# 1       1    No        0  6
# 2       1    No        1  7
# 3       1   Yes        0  3
# 4       1   Yes        1 10
# 5       2    No        0  7
# 6       2    No        1  7

df = df %>%
  group_by(Channel, Pedra) %>%
  mutate(total = sum(n),
         prop = n / total,
         se = sqrt((prop * (1-prop)) / n)) %>%
  ungroup()
positive = filter(df, reaction==1)

ggplot(positive, aes(Pedra, prop, group=Channel, color=factor(Channel))) +
  geom_path(position = position_dodge(width=.1)) +
  geom_point(position = position_dodge(width=.1)) +
  stat_summary(fun.data=mean_se, group=1, color='black',
               position = position_nudge(x=c(-.2, .2))) +
  geom_linerange(mapping=aes(ymin=prop-se, ymax=prop+se),
                 position = position_dodge(width=.1)) +
  geom_hline(linetype='dashed', yintercept=.5) +
  coord_cartesian(ylim=c(0, 1)) +
  labs(color='Channel',  y='Proportion positive reactions', 
       caption='Error bars show SEM')

m_fixed_effects = glm(cbind(n, total) ~ Pedra + factor(Channel), 
                      data=positive, family=binomial)
car::Anova(m_fixed_effects)
# Analysis of Deviance Table (Type II tests)
# 
# Response: cbind(n, total)
#                 LR Chisq Df Pr(>Chisq)  
# Pedra             4.9148  1    0.02663 *
# factor(Channel)   1.3859  7    0.98600  
# ---
# Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1
7 IsabellaGhement Sep 18 2020 at 22:45

Debido a que este es un modelo de regresión logística binaria de efectos mixtos, se supone que su variable de resultado es binaria con valores codificados como 0 o 1.

Lo que necesita investigar es si tiene suficientes 1 presentes en su variable de respuesta para un número suficiente de 'sujetos'. (En su caso, sujeto significa canal).

Aquí hay un ejemplo inventado que produce la misma advertencia que lo que recibió:

SubjectID <- rep(1:5, each = 3)
SubjectID

Outcome <- rep(0, 15)
Outcome[1] <- 1

Data <- data.frame(Outcome, SubjectID)
str(Data)

Data

library(lme4)

glmer(Outcome ~ 1 + (1|SubjectID), family="binomial", data = Data)

En este ejemplo, hay 5 sujetos, de modo que 4 de ellos tienen solo 0 valores de resultado y uno de ellos tiene valores de resultado que incluyen un valor único de 1. (Cada sujeto tiene 3 valores de resultado en total).

Incluso si le da a cada uno de los sujetos en este ejemplo inventado un valor de 1 para su primer valor de resultado, seguirá recibiendo el mismo mensaje de error al ajustar el modelo:

Outcome <- rep(0, 15)

Outcome[c(1, 4, 7, 10, 13)] <- 1

Sin embargo, si los 4 sujetos que inicialmente tenían solo 0 valores pueden mantener estos valores y el primer sujeto recibe dos valores de 1, el mensaje de error desaparece:

Outcome <- rep(0, 15)

Outcome[c(1,2)] <- 1

Una vez que comprenda mejor el patrón de los valores 0 y 1 para la variable de resultado entre los sujetos de estudio, la otra cosa que puede intentar es ajustar su modelo con la función mixed_model () del paquete GLMMadaptive en R.

Para el pequeño ejemplo proporcionado aquí, esta función se usaría así:

library(GLMMadaptive)

m <- mixed_model(fixed = Outcome ~ 1, 
                 random = ~ 1 | SubjectID, 
                 data = Data,
                 family = binomial())
summary(m)
7 RobertLong Sep 19 2020 at 02:52

Isabella hizo algunos puntos excelentes. Esto también puede suceder cuando hay muy poca variación en el nivel del canal. Quizás los canales son muy similares entre sí, por lo que su varianza realmente es cercana a cero y, por lo tanto, no es necesaria en el modelo. Puede evaluar esto ajustando un glm y ver si las inferencias son similares.

3 Billy Sep 18 2020 at 22:25

Por curiosidad, ¿surge el error cuando utiliza un estimador alternativo? Podría ser que el estimador, por alguna razón, se atasque en una singularidad. Es posible que sólo intente lo siguiente: mod.alt_est <- allFit(mod.detection_rand). Alternativamente, es posible que necesite una solución bayesiana para ayudar a regularizar la estimación y alejarla de una singularidad (pruebe el blmepaquete si la allFitfunción no produce un estimador que funcione).