Calculating the required sample size or statistical power in a multiple regression with XLSTAT-Power

Datensatz für Statistische Mächtigkeit der linearen Regression XLS23.0 KB

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  • Power Software zur statistischen Mächtigkeitsberechnung

  • Voraussetzungen

    • Windows:
      • Versionen: 9x/Me/NT/2000/XP/Vista/Win 7
      • Excel: 97 oder höher
      • Prozessor: 32 oder 64 bit
      • Festplattenspeicher: 150 MB
    • Mac OS X:
      • OS: OS X
      • Excel: X, 2004 und 2011
      • Festplattenspeicher: 150 MB

Vorteile von XLSTAT

  • Praktisch und einfache Benutzung
    Praktisch und einfache Benutzung XLSTAT ist perfekt in Microsoft Excel integriert, das das am meisten benutzte Tabellenkalkulationsprogramm ist. Dank dieser Integration und der gleichen Philosophie wie Excel, ist die Benutzung von XLSTAT leicht. Die Software ist in einem speziellen Reiter verfügbar, der das Menu der XLSTAT-Module enthält. Die verfügbaren Analysen sind in Gruppen ähnlicher Funktion zusammengefasst. Die Dialogfenster sind einfach und Ihre Einstellungen verständlich.
  • Einfaches Mitteilen der Daten und Ergebnisse
    Einfaches Mitteilen der Daten und Ergebnisse Einer der größten Vorteile von XLSTAT ist die Tatsache, das die Daten und Ergebnisse ohne Einschränkung kommuniziert werden können. Denn die Daten und Ergebnisse werden in Microsoft Excel gespeichert und sind daher allen zugänglich. Eine XLSTAT Lizenz oder ein Programm zur Ansicht ist nicht erforderlich, um die Daten und Ergebnisse zu empfangen und anzusehen. Darüber hinaus sind die Ergebnisse leicht in andere Programme von Microsoft Office, wie PowerPoint kopierbar, was Ihnen das Erstellen von Präsentationen mit ausgezeichneten Diagrammen in wenigen Minuten erlaubt.
  • Modular
    Modular XLSTAT ist ein modulares Produkt um XLSTAT-Pro herum, das die Basissoftware von XLSTAT darstellt. XLSTAT-Pro schließt bereits alle verbreiteten statistischen Funktionen und multivariaten Datenanalysen ein. Die fortgeschrittenen Funktionen sind ebenfalls in zusätzlichen Modulen verfügbar, die speziellen Anforderungen gerecht werden. So können Sie Ihre Software an Ihre eigenen Anforderungen anpassen, was sie attraktiver werden lässt.
  • Didaktisch
    Didaktisch Die XLSTAT Ergebnisse sind nach Analysen aufgebaut und einfach durchzublättern. Darüber hinaus sind den Ergebnissen nützliche Informationen hinzugefügt, um die Interpretation zu erleichtern.
  • Preiswert
    Preiswert XLSTAT ist eine modulare, komplette Statistik- und Datenanalysesoftware, die sich an alle Ihre analytischen Anforderungen Ihrer Organisation anpasst. Der Preis ist sehr gering, was Ihnen eine quasi sofortige Amortisierung erlaubt. Alle XLSTAT Lizenzen schließen ein Support und eine Unterstützung hervorragender Qualität ein.
  • Zugänglich
    Zugänglich Wir setzen uns ein, XLSTAT so vielen Personen wie möglich durch eine Benutzerschnittstelle in vielen Sprachen darunter Deutsch, englisch, französisch, spanisch, italienisch, portugiesisch, polnisch, chinesisch und japanisch zugänglich zu machen.
  • Automatisierbar und personalisierbar
    Automatisierbar und personalisierbar Die Mehrzahl der in XLSTAT verfügbaren Funktionen können direkt aus Visual Basic for Applications von Microsoft Excel heraus aufgerufen werden. Sie können in Ihre Routinen integriert werden, um Ihren Anforderungen einer speziellen Anwendung gerecht zu werden. Das Hinzufügen von Ergebnistabellen, Diagrammen, oder das Verändern bereits existierender ist vereinfacht. Darüber hinaus schließt XLSTAT die Werkzeuge zur Erzeugen des VBA Kodes für die Dialogfenster ein, so dass Sie Ihre Analysen vom VBA Editor heraus einfach reproduzieren können, indem Sie die Einstellungen automatisch laden. Diese Automatisierung der Analysen wird Ihnen viel Zeit einsparen.

XLSTAT-Pro offers a tool to apply a linear regression model. XLSTAT-Power estimates the power or calculates the necessary number of observations associated with variations of R ² in the framework of a linear regression.

When testing a hypothesis using a statistical test, there are several decisions to take:

  • The null hypothesis H0 and the alternative hypothesis Ha.
  • The statistical test to use.
  • The type I error also known as alpha. It occurs when one rejects the null hypothesis when it is true. It is set a priori for each test and is 5%.

The type II error or beta is less studied but is of great importance. In fact, it represents the probability that one does not reject the null hypothesis when it is false. We can not fix it upfront, but based on other parameters of the model we can try to minimize it. The power of a test is calculated as 1-beta and represents the probability that we reject the null hypothesis when it is false. We therefore wish to maximize the power of the test. The XLSTAT-Power module calculates the power (and beta) when other parameters are known. For a given power, it also allows to calculate the sample size that is necessary to reach that power.

The statistical power calculations are usually done before the experiment is conducted. The main application of power calculations is to estimate the number of observations necessary to properly conduct an experiment.

In a future study, we wish to study the weights of children according to size and age of children (as in the following tutorial on Multiple Linear Regression).

We want to know if the R² of this model is significantly different from 0. There will be two independent variables or predictors and we would like to know how many children should be interviewed to obtain a power of 0.9. Since we do not yet know the parameters of our samples, we will use the concept of effect size. Cohen (1988) introduced this concept which provides an order of magnitude for the effect size. So we will test three effect sizes: 0.02 for a small effect, 0.15 for a moderate effect and 0.35 for a strong effect. It is expected that the larger the effect size is, the smaller the sample size required will be.

Dataset for calculating the required sample size or statistical power in a multiple regression

An Excel spreadsheet containing the results of this example can be downloaded by clicking here.

Setting up of the calculation of the required sample size or statistical power in a multiple regression

After opening XLSTAT, click the Power icon and choose linear regression.

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Once the button is clicked, the dialog box appears. You must then choose the objective Find the sample size.

Then select the test R² different from 0. The alpha is 0.05.

The desired power is 0.9.

The number of predictors or explanatory variables is 2. Rather than detailed input parameters, we select the effect size option and enter the value 0.02 for a weak effect.

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In the Charts tab, the option simulation plot is activated and the "size of sample 1" will be displayed on the vertical axis and the "power" on the horizontal axis.

Power varies between 0.8 and 0.95 by increments of 0.01.

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Once you have clicked the OK button, the calculations are made, and then the results are displayed.

Resulst of the calculations of the required sample size or statistical power in a multiple regression

The first table shows the parameters used as input. In our case, only the number of predictors is displayed.

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The second table shows the calculation results and an interpretation of the results.

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We see it takes 636 observations to obtain a power as close as possible to 0.9.

The following table summarizes the calculations obtained for each value of power between 0.8 and 0.95.

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The simulation plot shows the evolution of the sample size depending on the power. We see that for a power of 0.8, just a little more than 485 observations and that a power for a power of 0.95, 775 observations are needed.

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For effect sizes of 0.15 and 0.35, we obtain the following results:

pwrreg8.gifpwrreg9.gif

The sample size will therefore fall as the R² moves away from 0 and we see that for a large difference, 39 observations will be sufficient.

So if we assume that the quality of explanation of the variables age and weight is strong (R ² close to 1) on the size of a child, 39 observations will be sufficient to obtain a power of 0.9.

XLSTAT-Power is a powerful tool both to investigate the sample size required for an analysis and to calculate the power of a test. Obviously, if the user has more information about the samples or populations, he may give details of the input parameters, rather than using the effect size.