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Rコードで外れ値テストを使用する方法

データ分析ワークフローの一部として、外れ値をテストしてから、それらの外れ値がある場合とない場合でさらに計算を行います。

さまざまなテストが含まれている外れ値パッケージを見つけましたが、ワークフローにそれらをどのように使用するのが最適かわかりません。

rstatisticsoutliers
16
PaulHurleyuk

私はダークに同意します、それは難しいです。最初に、外れ値がある理由を確認することをお勧めします。外れ値は、誰かが疑わしいと考える単なる数値であり、具体的な「悪い」値ではありません。外れ値である理由を見つけられない限り、不確実性を抱えて生きなければならない場合があります。

あなたが言及しなかったことの1つは、あなたが見ている外れ値の種類でした。データは平均値を中心にクラスター化されていますか、特定の分布を持っていますか、それともデータ間に何らかの関係がありますか。

ここにいくつかの例があります

まず、いくつかのデータを作成し、次にそれを外れ値で汚染します。

> testout<-data.frame(X1=rnorm(50,mean=50,sd=10),X2=rnorm(50,mean=5,sd=1.5),Y=rnorm(50,mean=200,sd=25))
> #Taint the Data
> testout$X1[10]<-5
> testout$X2[10]<-5
> testout$Y[10]<-530

> testout
         X1         X2        Y
1  44.20043  1.5259458 169.3296
2  40.46721  5.8437076 200.9038
3  48.20571  3.8243373 189.4652
4  60.09808  4.6609190 177.5159
5  50.23627  2.6193455 210.4360
6  43.50972  5.8212863 203.8361
7  44.95626  7.8368405 236.5821
8  66.14391  3.6828843 171.9624
9  45.53040  4.8311616 187.0553
10  5.00000  5.0000000 530.0000
11 64.71719  6.4007245 164.8052
12 54.43665  7.8695891 192.8824
13 45.78278  4.9921489 182.2957
14 49.59998  4.7716099 146.3090
<snip>
48 26.55487  5.8082497 189.7901
49 45.28317  5.0219647 208.1318
50 44.84145  3.6252663 251.5620

多くの場合、データをグラフィカルに調べるのが最も便利です（脳は数学よりも外れ値を見つけるのにはるかに優れています）

> #Use Boxplot to Review the Data
> boxplot(testout$X1, ylab="X1")
> boxplot(testout$X2, ylab="X2")
> boxplot(testout$Y, ylab="Y")

次に、テストを使用できます。テストがカットオフ値、または外れ値である可能性のある値を返す場合は、ifelseを使用してそれを削除できます

> #Use Outlier test to remove individual values
> testout$newX1<-ifelse(testout$X1==outlier(testout$X1),NA,testout$X1)
> testout
         X1         X2        Y    newX1
1  44.20043  1.5259458 169.3296 44.20043
2  40.46721  5.8437076 200.9038 40.46721
3  48.20571  3.8243373 189.4652 48.20571
4  60.09808  4.6609190 177.5159 60.09808
5  50.23627  2.6193455 210.4360 50.23627
6  43.50972  5.8212863 203.8361 43.50972
7  44.95626  7.8368405 236.5821 44.95626 
8  66.14391  3.6828843 171.9624 66.14391 
9  45.53040  4.8311616 187.0553 45.53040
10  5.00000  5.0000000 530.0000       NA 
11 64.71719  6.4007245 164.8052 64.71719 
12 54.43665  7.8695891 192.8824 54.43665 
13 45.78278  4.9921489 182.2957 45.78278 
14 49.59998  4.7716099 146.3090 49.59998 
15 45.07720  4.2355525 192.9041 45.07720 
16 62.27717  7.1518606 186.6482 62.27717 
17 48.50446  3.0712422 228.3253 48.50446 
18 65.49983  5.4609713 184.8983 65.49983 
19 44.38387  4.9305222 213.9378 44.38387 
20 43.52883  8.3777627 203.5657 43.52883 
<snip>
49 45.28317  5.0219647 208.1318 45.28317 
50 44.84145  3.6252663 251.5620 44.84145

または、より複雑な例については、統計を使用してクリティカルカットオフ値を計算できます。ここではルンドテストを使用します（ルンド、RE 1975、「線形モデルの外れ値の近似テストの表」、Technometrics、vol。17、no。 4、pp。473-476。andPrescott、P。1975、 "An Approximate Test for Outliers in Linear Models"、Technometrics、vol。17、no。1、pp。129-132。）

> #Alternative approach using Lund Test
> lundcrit<-function(a, n, q) {
+ # Calculates a Critical value for Outlier Test according to Lund
+ # See Lund, R. E. 1975, "Tables for An Approximate Test for Outliers in Linear Models", Technometrics, vol. 17, no. 4, pp. 473-476.
+ # and Prescott, P. 1975, "An Approximate Test for Outliers in Linear Models", Technometrics, vol. 17, no. 1, pp. 129-132.
+ # a = alpha
+ # n = Number of data elements
+ # q = Number of independent Variables (including intercept)
+ F<-qf(c(1-(a/n)),df1=1,df2=n-q-1,lower.tail=TRUE)
+ crit<-((n-q)*F/(n-q-1+F))^0.5
+ crit
+ }

> testoutlm<-lm(Y~X1+X2,data=testout)

> testout$fitted<-fitted(testoutlm)

> testout$residual<-residuals(testoutlm)

> testout$standardresid<-rstandard(testoutlm)

> n<-nrow(testout)

> q<-length(testoutlm$coefficients)

> crit<-lundcrit(0.1,n,q)

> testout$Ynew<-ifelse(abs(testout$standardresid)>crit,NA,testout$Y)

> testout
         X1         X2        Y    newX1   fitted    residual standardresid
1  44.20043  1.5259458 169.3296 44.20043 209.8467 -40.5171222  -1.009507695
2  40.46721  5.8437076 200.9038 40.46721 231.9221 -31.0183107  -0.747624895
3  48.20571  3.8243373 189.4652 48.20571 203.4786 -14.0134646  -0.335955648
4  60.09808  4.6609190 177.5159 60.09808 169.6108   7.9050960   0.190908291
5  50.23627  2.6193455 210.4360 50.23627 194.3285  16.1075799   0.391537883
6  43.50972  5.8212863 203.8361 43.50972 222.6667 -18.8306252  -0.452070155
7  44.95626  7.8368405 236.5821 44.95626 223.3287  13.2534226   0.326339981
8  66.14391  3.6828843 171.9624 66.14391 148.8870  23.0754677   0.568829360
9  45.53040  4.8311616 187.0553 45.53040 214.0832 -27.0279262  -0.646090667
10  5.00000  5.0000000 530.0000       NA 337.0535 192.9465135   5.714275585
11 64.71719  6.4007245 164.8052 64.71719 159.9911   4.8141018   0.118618011
12 54.43665  7.8695891 192.8824 54.43665 194.7454  -1.8630426  -0.046004311
13 45.78278  4.9921489 182.2957 45.78278 213.7223 -31.4266180  -0.751115595
14 49.59998  4.7716099 146.3090 49.59998 201.6296 -55.3205552  -1.321042392
15 45.07720  4.2355525 192.9041 45.07720 213.9655 -21.0613819  -0.504406009
16 62.27717  7.1518606 186.6482 62.27717 169.2455  17.4027250   0.430262983
17 48.50446  3.0712422 228.3253 48.50446 200.6938  27.6314695   0.667366651
18 65.49983  5.4609713 184.8983 65.49983 155.2768  29.6214506   0.726319931
19 44.38387  4.9305222 213.9378 44.38387 217.7981  -3.8603382  -0.092354925
20 43.52883  8.3777627 203.5657 43.52883 228.9961 -25.4303732  -0.634725264
<snip>
49 45.28317  5.0219647 208.1318 45.28317 215.3075  -7.1756966  -0.171560291
50 44.84145  3.6252663 251.5620 44.84145 213.1535  38.4084869   0.923804784
       Ynew
1  169.3296
2  200.9038
3  189.4652
4  177.5159
5  210.4360
6  203.8361
7  236.5821
8  171.9624
9  187.0553
10       NA
11 164.8052
12 192.8824
13 182.2957
14 146.3090
15 192.9041
16 186.6482
17 228.3253
18 184.8983
19 213.9378
20 203.5657
<snip>
49 208.1318
50 251.5620

編集：コードに問題があることに気づきました。ルンド検定は、スタッド化された残差の絶対値と比較する必要がある臨界値を生成します（つまり、符号なし）

23
PaulHurleyuk

外れ値が心配な場合は、外れ値を破棄する代わりに、堅牢な方法を使用してください。たとえば、lmの代わりにrlmを使用します。

28
hadley

"それは難しい"。これの多くはコンテキストに依存するため、アプリケーションにこれを埋め込む必要がある場合があります。

  • データはドリフト、トレンド、またはサイクルしていますか？
  • 変動性は固定されていますか、それともそれ自体が可変ですか？
  • 「ベンチマーク」に使用できる他のシリーズはありますか？

外れ値パッケージの他に、品質管理の文献がこの領域をカバーしているため、 qcc パッケージもあります。

あなたが見ることができる他の多くの分野があります。 ロバスト統計タスクビュー 。

8
Dirk Eddelbuettel

outliers::score関数を試してください。いわゆる外れ値を削除することはお勧めしませんが、極端な観察結果を知っておくのは良いことです。

library(outliers)
set.seed(1234)
x = rnorm(10)
[1] -1.2070657  0.2774292  1.0844412 -2.3456977  0.4291247  0.5060559 -0.5747400 -0.5466319
[9] -0.5644520 -0.8900378
outs <- scores(x, type="chisq", prob=0.9)  # beyond 90th %ile based on chi-sq
#> [1] FALSE FALSE FALSE  TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE
x[outs]  # most extreme
#> [1] -2.345698

外れ値の検出はこちら でさらにヘルプが見つかります

4
Selva