Seleção entre um modelo binomial inflado de zero, OLRE e beta-binomial

Oct 21 2020

Preciso de ajuda para decidir qual dos modelos a seguir se encaixa melhor nos dados que tenho. Esta foi uma pesquisa em que os participantes relataram proporções de sucessos (definidos como n / m) nas condições A e B. O modelo prevê as proporções pela conditionvariável binária e contínua xe zvariáveis ​​(variando de 1 a 7), bem como efeitos aleatórios para cada um subjecte 13 tipos de task. Esta é a distribuição das proporções

Portanto, o modelo é definido como

mod_b0 <- glmmTMB(n/m ~ x*condition + z*condition + (1|subject) + (1|task), weights = m, family = binomial)
summary(mod_b0)

     AIC      BIC   logLik deviance df.resid 
 22830.4  22883.7 -11407.2  22814.4     5781 

Random effects:

Conditional model:
 Groups  Name        Variance Std.Dev.
 task    (Intercept) 0.2094   0.4576  
 subject (Intercept) 1.5546   1.2468  
Number of obs: 5789, groups:  task, 13; subject, 225

Conditional model:
             Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)    
(Intercept)  -3.44713    0.25706 -13.410  < 2e-16 ***
x             0.38560    0.03690  10.449  < 2e-16 ***
conditionB   -1.36826    0.20133  -6.796 1.08e-11 ***
z            -0.07328    0.02276  -3.220  0.00128 ** 
x:conditionB  0.17682    0.03807   4.644 3.41e-06 ***
conditionB:z  0.12544    0.02512   4.994 5.91e-07 ***

O teste de resíduos por DHARMa(N = 1000 simulações) sugere que não há superdispersão, que há inflação zero e que o modelo não se ajusta bem aos dados.

Tentei três soluções:

  1. Modelo binomial com inflação zero
  2. Modelo binomial OLRE
  3. Modelo beta-binomial

Aqui estão os resultados de todos os três.

Modelo binomial com inflação zero

mod_bzi <- glmmTMB(n/m ~ x*condition + z*condition + (1|task) + (1|subject), 
                  data = dx, family = binomial, weights = m, ziformula = ~ 1 + condition*z)
summary(mod_bzi)
    AIC      BIC   logLik deviance df.resid 
 17949.0  18029.0  -8962.5  17925.0     5777 

Random effects:

Conditional model:
 Groups  Name        Variance Std.Dev.
 task    (Intercept) 0.09208  0.3034  
 subject (Intercept) 1.95087  1.3967  
Number of obs: 5789, groups:  task, 13; subject, 225

Conditional model:
             Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)    
(Intercept)  -2.65838    0.29974  -8.869  < 2e-16 ***
x             0.40498    0.04874   8.309  < 2e-16 ***
conditionB   -1.31011    0.26986  -4.855 1.21e-06 ***
z            -0.01559    0.02852  -0.547   0.5847    
x:conditionB  0.14559    0.05150   2.827   0.0047 ** 
conditionB:z  0.19289    0.03291   5.861 4.59e-09 ***
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

Zero-inflation model:
              Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)    
(Intercept)  -0.393898   0.084827  -4.644 3.42e-06 ***
conditionB    0.307062   0.126750   2.423   0.0154 *  
z             0.034095   0.034146   0.999   0.3180    
conditionB:z -0.003092   0.046014  -0.067   0.9464    

Observe que as linhas de regressão no gráfico correto não são significativamente diferentes das linhas de quantis se o número de simulações for 250!

Agora vemos uma ligeira subdispersão.

Modelo OLRE

mod_OLRE <- glmmTMB(n/m ~ x*condition + z*condition + (1|task) + (1|subject) + (1|obs_id), 
                   data = dx, family = binomial, weights = m)

     AIC      BIC   logLik deviance df.resid 
 15588.2  15648.1  -7785.1  15570.2     5780 

Random effects:

Conditional model:
 Groups  Name        Variance Std.Dev.
 task    (Intercept) 0.4361   0.6604  
 subject (Intercept) 3.0721   1.7527  
 obs_id  (Intercept) 4.8962   2.2127  
Number of obs: 5789, groups:  task, 13; subject, 225; obs_id, 5789

Conditional model:
             Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)    
(Intercept)  -4.46870    0.55951  -7.987 1.38e-15 ***
x             0.43727    0.09152   4.778 1.77e-06 ***
conditionB   -2.65037    0.53953  -4.912 9.00e-07 ***
z            -0.17483    0.06014  -2.907 0.003650 ** 
x:conditionB  0.35813    0.10186   3.516 0.000438 ***
conditionB:z  0.21831    0.06827   3.198 0.001384 ** 

Novamente, não há mais inflação zero, mas há alguma subdispersão.

Modelo beta-binomial

mod_bb <- glmmTMB(n/m ~ x*condition + z*condition + (1|task) + (1|subject), 
                    data = dx, family = betabinomial(link = "logit"), weights = m)

     AIC      BIC   logLik deviance df.resid 
 15305.4  15365.4  -7643.7  15287.4     5780 

Random effects:

Conditional model:
 Groups  Name        Variance Std.Dev.
 task    (Intercept) 0.2267   0.4761  
 subject (Intercept) 0.9929   0.9965  
Number of obs: 5789, groups:  task, 13; subject, 225

Overdispersion parameter for betabinomial family (): 1.54 

Conditional model:
             Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)    
(Intercept)  -2.51074    0.33909  -7.404 1.32e-13 ***
x             0.24238    0.05426   4.467 7.94e-06 ***
conditionB   -1.31799    0.32146  -4.100 4.13e-05 ***
z            -0.08722    0.03508  -2.486  0.01291 *  
x:conditionB  0.17975    0.06081   2.956  0.00312 ** 
conditionB:z  0.09051    0.04010   2.257  0.02400 *  

Aqui, há mais subdispersão nos modelos anteriores.

Minhas conclusões e perguntas

  • Pela aparência da distribuição residual, parece-me que o modelo beta-binomial faz o melhor trabalho para contabilizar os dados. Todos os modelos têm alguns problemas com níveis mais altos de preditores, pois há menos casos para esses valores. Assim, não é de admirar que os ajustes sejam um pouco mais pobres nesse segmento da trama.
  • Os valores de AIC são mais baixos para o modelo beta-binomial. No entanto, não tenho certeza se posso comparar o AIC para modelos com diferentes distribuições do critério. Se sim, então esse seria outro argumento para escolher o modelo beta-binomial.
  • Os coeficientes são um tanto semelhantes nos modelos beta-binomial e binomial inflado a zero. O modelo OLRE tem alguns coeficientes bastante diferentes. De acordo com Harrison (2014) , os modelos beta-binomiais tendem a produzir estimativas mais confiáveis ​​do que OLRE. Portanto, eu ficaria com aquele.
  1. Você concorda com minhas conclusões de que o modelo beta-binomial é o melhor de todos os propostos?
  2. Existe alguma outra maneira de melhorar o ajuste dos modelos que não pensei?
  3. Posso tentar ajustar o parâmetro de inflação zero no modelo beta-binomial para obter um melhor ajuste, embora nenhuma inflação zero tenha sido diagnosticada pelo DHARMa?
  4. Existe alguma outra maneira de testar o ajuste dos modelos?
  5. A subdispersão é "problemática" para o modelo beta-binomial? De acordo com o FAQ do GLMM , a dispersão é um problema apenas para modelos com variância fixa, como binomiais ou de Poisson.

Respostas

3 RobertLong Oct 23 2020 at 00:10

Você concorda com minhas conclusões de que o modelo beta-binomial é o melhor de todos os propostos?

Sim, você parece ter feito um trabalho completo nessa análise. Sua opinião sobre se é normal comparar esses modelos com a AIC é boa. Lembro-me de ter lido informações conflitantes sobre esse ponto, mas rapidamente encontrei uma referência que apóia a ideia de que está tudo bem:

Hardin, JW e Hilbe, JM, 2014. Estimativa e teste de modelos de regressão binomial e beta-binomial com e sem inflação zero. The Stata Journal, 14 (2), páginas 292-303.https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/1536867X1401400204

Existe alguma outra maneira de melhorar o ajuste dos modelos que não pensei?

Você pode observar a precisão preditiva usando uma abordagem de treinar / validar / testar.

Posso tentar ajustar o parâmetro de inflação zero no modelo beta-binomial para obter um melhor ajuste, embora nenhuma inflação zero tenha sido diagnosticada pelo DHARMa?

Valeria a pena tentar, mas dada a saída do DHARMa provavelmente não vai melhorar as coisas.

Existe alguma outra maneira de testar o ajuste dos modelos?

Novamente, eu sugeriria olhar para as previsões.

A subdispersão é "problemática" para o modelo beta-binomial? De acordo com o FAQ do GLMM, a dispersão é um problema apenas para modelos com variância fixa, como binomiais ou de Poisson.

A dispersão insuficiente e excessiva é "tratada" por modelos beta-binomiais, portanto, não deve ser um problema.