Факторный анализ в STATISTICA

Следующий пример основан на вымышленных данных, относящихся к изучению удовлетворенности жизнью. Предположим, что вопросник был направлен 100 случайно выбранным взрослым. Вопросник содержал 10 пунктов, предназначенных для определения удовлетворенности на работе, удовлетворенности своим хобби, удовлетворенностью домашней жизнью и общей удовлетворенностью в других областях жизни. Ответы на вопросы были введены в компьютер и промасштабированы таким образом, чтобы среднее для всех пунктов стало равным приблизительно 100.

Результаты были помещены в файл данных Factor.sta. Открыть этот файл можно с помощью опции Файл - Открыть; наиболее вероятно, что этот файл данных находится в директории /Examples/Datasets. Ниже приводится распечатка переменных этого файла (для получения списка выберите Все спецификации переменных в меню Данные).

Цель анализа. Целью анализа является изучение соотношений между удовлетворенностью в различных сферах деятельности. В частности, желательно изучить вопрос о числе факторов, "скрывающихся" за различными областями деятельности и их значимость.

Выбор анализа. Выберите Факторный анализ в меню Анализ - Многомерный разведочный анализ для отображения стартовой панели модуля Факторный анализ. Нажмите на кнопку Переменные на стартовой панели (см. ниже) и выберите все 10 переменных в этом файле.

Другие опции. Для выполнения стандартного факторного анализа в этом диалоговом окне имеется все необходимое. Для получения краткого обзора других команд, доступных из стартовой панели, вы можете выбрать в качестве входного файла корреляционную матрицу (используя поле Файл данных). В поле Удаление ПД вы можете выбрать построчное или попарное исключение или подстановка среднего для пропущенных данных.

Задайте метод выделения факторов. Нажмем теперь кнопку OK для перехода к следующему диалоговому окну с названием Задайте метод выделения факторов. С помощью этого окна диалога вы сможете просмотреть описательные статистики, выполнить множественный регрессионный анализ, выбрать метод выделения факторов, выбрать максимальное число факторов, минимальные собственные значения, а также другие действия, относящиеся к специфике методов выделения факторов. А теперь перейдем во вкладку Описательные.

Просмотр описательных статистик. Теперь нажмите на кнопку Просмотреть корр./средние/ст.откл. в этом окне для того, чтобы открыть окно Просмотр описательных статистик.

Теперь вы можете рассмотреть описательные статистики графически или с помощью таблиц результатов.

Вычисление корреляционной матрицы. Нажмите на кнопку Корреляции во вкладке Дополнительно для того, чтобы отобразить таблицу результатов с корреляциями.

Все корреляции в этой таблице результатов положительны, а некоторые корреляции имеют значительную величину. Например, переменные Hobby_1 и Miscel_1 коррелированны на уровне 0.90. Некоторые корреляции (например, корреляции между удовлетворенностью на работе и удовлетворенностью дома) кажутся сравнительно малыми. Это выглядит так, как будто матрица имеет некоторую отчетливую структуру.

Метод выделения. Теперь нажмем кнопку Отмена в диалоговом окне Просмотр описательных статистик для того, чтобы вернуться в диалоговое окно Задайте метод выделения факторов. Вы можете сделать выбор из нескольких методов выделения во вкладке Дополнительно (см. вкладку Дополнительно диалогового окна Задайте метод выделения факторов для описания каждого метода, а также Вводный обзор с описанием метода Главных компонент и метода Главных факторов). В этом примере по умолчанию принимается метод Главных компонент, поле Макс. число факторов содержит значение 10 (максимальное число факторов в этом примере) и поле Мин. собств. значение содержит 0 (минимальное значение для этой команды).

Для продолжения анализа нажмите кнопку OK.

Просмотр результатов. Вы можете просмотреть результаты факторного анализа в окне диалога Результаты факторного анализа. Сначала выберите вкладку Объясненная дисперсия.

Отображение собственных значений. Назначение собственных значений и их полезность для пользователя при принятии решения о том, сколько следует оставить факторов (интерпретировать) были описаны в Вводном обзоре. Теперь нажмем на кнопку Собственные значения, чтобы получить таблицу с собственными значениями, процентом общей дисперсии, накопленными собственными значениями и накопленными процентами.

Как видно из таблицы, собственное значение для первого фактора равно 6.118369; т.е. доля дисперсии, объясненная первым фактором равна приблизительно 61.2%. Заметим, что эти значения случайно оказались здесь легко сравнимыми, так как анализу подвергаются 10 переменных, и поэтому сумма всех собственных значений оказывается равной 10. Второй фактор включает в себя около 18% дисперсии. Остальные факторы содержат не более 5% общей дисперсии.

Выбор числа факторов. В разделе Вводный обзор кратко описан способ, как полученные собственные значения можно использовать для решения вопроса о том, сколько факторов следует оставить в модели. В соответствии с критерием Кайзера (Kaiser, 1960), вы должны оставить факторы с собственными значениями большими 1. Из приведенной выше таблицы следует, что критерий приводит к выбору двух факторов.

Критерий каменистой осыпи. Теперь нажмите на кнопку График каменистой осыпи, чтобы получить график собственных значений с целью применения критерия осыпи Кэттеля (Cattell, 1966). График, представленный ниже, был дополнен отрезками, соединяющими соседние собственные значения, чтобы сделать критерий более наглядным. Кэттель (Cattell) утверждает, основываясь на методе Монте-Карло, что точка, где непрерывное падение собственных значений замедляется и после которой уровень остальных собственных значений отражает только случайный "шум". На графике, приведенном ниже, эта точка может соответствовать фактору 2 или 3 (как показано стрелками). Поэтому испытайте оба решения и посмотрите, которое из них дает более адекватную картину.

Теперь рассмотрим факторные нагрузки.

Факторные нагрузки. Как было описано в разделе Вводный обзор, факторные нагрузки можно интерпретировать как корреляции между факторами и переменными. Поэтому они представляют наиболее важную информацию, на которой основывается интерпретация факторов. Сначала посмотрим на (неповернутые) факторные нагрузки для всех десяти факторов. Во вкладке Нагрузки диалогового окна Результаты факторного анализа в поле Вращение факторов зададим значение без вращения и нажмем на кнопку Факторные нагрузки для отображения таблицы нагрузок.

Вспомним, что выделение факторов происходило таким образом, что последующие факторы включали в себя все меньшую и меньшую дисперсию (см. раздел Вводный обзор). Поэтому не удивительно, что первый фактор имеет наивысшую нагрузку. Отметим, что знаки факторных нагрузок имеют значение лишь для того, чтобы показать, что переменные с противоположными нагрузками на один и тот же фактор взаимодействуют с этим фактором противоположным образом. Однако вы можете умножить все нагрузки в столбце на -1 и обратить знаки. Во всем остальном результаты окажутся неизменными.

Вращение факторного решения. Как описано в разделе Вводный обзор, действительная ориентация факторов в факторном пространстве произвольна, и всякое вращение факторов воспроизводит корреляции так же хорошо, как и другие вращения. Следовательно, кажется естественным повернуть факторы таким образом, чтобы выбрать простейшую для интерпретации факторную структуру. Фактически, термин простая структура был придуман и определен Терстоуном (Thurstone, 1947) главным образом для описания условий, когда факторы отмечены высокими нагрузками на некоторые переменные и низкими - для других, а также когда имеются несколько больших перекрестных нагрузок, т.е. имеется несколько переменных с существенными нагрузками на более чем один фактор. Наиболее стандартными вычислительными методами вращения для получения простой структуры является метод вращения варимакс, предложенный Кайзером (Kaiser, 1958). Другими методами, предложенными Харманом (Harman, 1967), являются методы квартимакс, биквартимакс и эквимакс (см. Harman, 1967).

Выбор вращения. Сначала рассмотрим количество факторов, которое вы желаете оставить для вращения и интерпретации. Ранее было решено, что наиболее правдоподобным и приемлемым числом факторов является два, однако на основе критерия осыпи было решено учитывать также и решение с тремя факторами. Нажмите на кнопку Отмена для того, чтобы возвратиться в окно диалога Задайте метод выделения факторов, и измените поле Максимальное число факторов во вкладке Быстрый с 10 на 3, затем нажмите кнопку OK для того, чтобы продолжить анализ.

Теперь выполним вращение по методу варимакс. Во вкладке Нагрузки диалогового окна Результаты факторного анализа в поле Вращение факторов установите значение Варимакс исходных.

Нажмем кнопку Факторные нагрузки для отображения в таблице результатов получаемых факторных нагрузок.

Отображение решения при вращении трех факторов. В таблице приведены существенные нагрузки на первый фактор для всех переменных, кроме относящихся к дому. Фактор 2 имеет довольно значительные нагрузки для всех переменных, кроме переменных связанных с удовлетворенностью на работе. Фактор 3 имеет только одну значительную нагрузку для переменной Home_1. Тот факт, что на третий фактор оказывает высокую нагрузку только одна переменная, наводит на мысль, а не может ли получиться такой же хороший результат без третьего фактора?

Обозрение решения при вращении двух факторов. Снова нажмите на кнопку Отмена в окне диалога Результаты факторного анализа для того, чтобы возвратиться к диалоговому окну Задайте метод выделения факторов. Измените поле Максимальное число факторов во вкладке Быстрый с 3 до 2 и нажмите кнопку OK для того, чтобы перейти в диалоговое окно Результаты факторного анализа. Во вкладке Нагрузки в поле Вращение факторов установите значение Варимакс исходных и нажмите кнопку Факторные нагрузки.

Фактор 1, как видно из таблицы, имеет наивысшие нагрузки для переменных, относящихся к удовлетворенности работой. Наименьшие нагрузки он имеет для переменных, относящихся к удовлетворенности домом. Другие нагрузки принимают промежуточные значения. Фактор 2 имеет наивысшие нагрузки для переменных, связанных с удовлетворенностью дома, низшие нагрузки - для удовлетворенности на работе средние нагрузки для остальных переменных.

Интерпретация решения для двухфакторного вращения. Можно ли интерпретировать данную модель? Все выглядит так, как будто два фактора лучше всего идентифицировать как фактор удовлетворения работой (фактор 1) и как фактор удовлетворения домашней жизнью (фактор 2). Удовлетворение своим хобби и различными другими аспектами жизни кажется относящимися к обоим факторам. Эта модель предполагает в некотором смысле, что удовлетворенность работой и домашней жизнью согласно этой выборке могут быть независимыми друг от друга, но оба дают вклад в удовлетворение хобби и другими сторонами жизни.

Диаграмма решения, основанного на вращении двух факторов. Для получения диаграммы рассеяния двух факторов нажмите на кнопку 2М график нагрузок во вкладке Нагрузки диалогового окна Результаты факторного анализа. Диаграмма, показанная ниже, попросту показывает две нагрузки для каждой переменной. Заметим, что диаграмма рассеяния хорошо иллюстрирует два независимых фактора и 4 переменных (Hobby_1, Hobby_2, Miscel_1, Miscel_2) с перекрестными нагрузками.

Теперь посмотрим, насколько хорошо может быть воспроизведена наблюдаемая ковариационная матрица по двухфакторному решению.

Воспроизведенная и остаточная корреляционная матрица. Нажмите на кнопку Воспроизведенные и остаточные корреляции во вкладке Объясненная дисперсия, для того чтобы получить две таблицы с воспроизведенной корреляционной матрицей и матрицей остаточных корреляций (наблюдаемых минус воспроизведенных корреляций).

Входы в таблице Остаточных корреляций могут быть интерпретированы как "сумма" корреляций, за которые не могут отвечать два полученных фактора. Конечно, диагональные элементы матрицы содержат стандартное отклонение, за которое не могут быть ответственны эти факторы и которые равны квадратному корню из единица минус соответствующие общности для двух факторов (вспомним, что общностью переменной является дисперсия, которая может быть объяснена выбранным числом факторов). Если вы тщательно рассмотрите эту матрицу, то сможете увидеть, что здесь фактически не имеется остаточных корреляций, больших 0.1 или меньшие -0.1 (в действительности только малое количество из них близко к этой величине). Добавим к этому, что первые два фактора включают около 79% общей дисперсии (см. накопленный % собственных значений в таблице результатов).

"Секрет" удачного примера. Пример, который вы только что изучили, на самом деле дает решение двухфакторной задачи, близкое к идеальному. Оно определяет большую часть дисперсии, имеет разумную интерпретацию и воспроизводит корреляционную матрицу с умеренными отклонениями (остаточными корреляциями). На самом деле реальные данные редко позволяют получить такое простое решение, и в действительности это фиктивное множество данных было получено с помощью генератора случайных чисел с нормальным распределением, доступного в системе. Специальным образом в данные были "введены" два ортогональных (независимых) фактора, по которым были сгенерированы корреляции между переменными. Этот пример факторного анализа воспроизводит два фактора такими, как они и были, (т.е. фактор удовлетворенности работой и фактор удовлетворенности домашней жизнью). Таким образом, если бы явление (а не искусственные, как в примере, данные) содержало эти два фактора, то вы, выделив их, могли бы кое-что узнать о скрытой или латентной структуре явления.

Другие результаты. Прежде, чем сделать окончательное заключение, дадим краткие комментарии к другим результатам.

Общности. Для получения общностей решения нажмите на кнопку Общности во вкладке Объясненная дисперсия диалогового окна Результаты факторного анализа. Вспомним, что общность переменной - это доля дисперсии, которая может быть воспроизведена при заданном числе факторов. Вращение факторного пространства не влияет на величину общности. Очень низкие общности для одной или двух переменных (из многих в анализе) могут указывать на то, что эти переменные не очень хорошо объяснены моделью.

Коэффициенты значений. Коэффициенты факторов могут быть использованы для вычисления значений факторов для каждого наблюдения. Сами коэффициенты представляет обычно малый интерес, однако факторные значения полезны при проведении дальнейшего анализа. Для отображения коэффициентов нажмите кнопку Коэффициенты значений факторов во вкладке Значения диалогового окна Результаты факторного анализа.

Значения факторов. Факторные значения могут рассматриваться как текущие значения для каждого опрашиваемого респондента (т.е. для каждого наблюдения исходной таблицы данных). Кнопка Значения факторов во вкладке Значения диалогового окна Результаты факторного анализа позволяет вычислить факторные значения. Эти значения можно сохранить для дальнейшего нажатием кнопки Сохранить значения.

Заключительный комментарий. Факторный анализ - это непростая процедура. Всякий, кто постоянно использует факторный анализ со многими (например, 50 или более) переменными, мог видеть множество примеров "патологического поведения", таких, как: отрицательные собственные значения и не интерпретируемые решения, особые матрицы и т.д. Если вы интересуетесь применением факторного анализа для определения или значащих факторов при большом числе переменных, вам следует тщательно изучить какое-либо подробное руководство (например, книгу Хармана (Harman, 1968)). Таким образом, так как многие критические решения в факторном анализе по своей природе субъективны (число факторов, метод вращения, интерпретация нагрузок), будьте готовы к тому, что требуется некоторый опыт, прежде чем вы почувствуете себя уверенным в нем. Модуль Факторный анализ был разработан специально для того, чтобы сделать легким для пользователя интерактивное переключение между различным числом факторов, вращениями и т.д., так чтобы испытать и сравнить различные решения.

Этот пример взят из справочной системы ППП STATISTICA фирмы StatSoft

Attachments:

File	Описание
Факторный анализ в STATISTICA	Психологический вопросник - Factor.sta