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Inicio · Parte 10 — Estadística e inferencia

212 — ANOVA

universitario-avanzado clase 12 de 20 4 horas demostración anova

ANOVA compara varias medias a la vez sin inflar la tasa de falsos positivos.

Fórmulas

SS_total = SS_entre + SS_dentro
F = (SS_entre/gl_entre) / (SS_dentro/gl_dentro)
k grupos ⟹ C(k,2) comparaciones por pares

Desarrollo

Con tres o más grupos, hacer todos los t-tests por pares infla la tasa de falsos positivos: con 3 grupos son 3 comparaciones y la probabilidad de alguna falsa alarma sube del 5 % al 14 %; con 5 grupos son 10 comparaciones y sube al 40 %. ANOVA resuelve el problema con un único contraste global.

Su mecanismo es una descomposición de la variabilidad, y es la misma idea del teorema de Pitágoras aplicada a sumas de cuadrados. La variación total de los datos respecto de la gran media se parte exactamente en dos: la variación entre grupos, que refleja las diferencias de medias, y la variación dentro de cada grupo, que es ruido.

El estadístico F es el cociente entre ambas, cada una dividida por sus grados de libertad. Si los grupos no difieren, ambas estiman la misma varianza y F ronda 1. Si difieren, la variación entre grupos crece y F se dispara. El nombre honra a Fisher, que lo desarrolló para experimentos agrícolas.

ANOVA solo dice si hay alguna diferencia, no cuál. Para localizarla hacen falta contrastes posteriores con corrección —Tukey, Bonferroni o Holm—, y hacerlos sin corregir devuelve el problema al punto de partida. Los supuestos son los del t-test extendidos: independencia, normalidad aproximada y homogeneidad de varianzas.

Ejemplo trabajado

Tres grupos, descomposición completa de la variabilidad.

medias de los grupos: 51,0576   54,4184   56,2285
gran media: 53,9015

SS_entre  =   275,3983      gl = k − 1  = 2
SS_dentro = 1 610,7534      gl = n − k  = 57
SS_total  = 1 886,1516      comprobación: 275,40 + 1610,75 ✓

MS_entre  = 275,3983 / 2  = 137,699
MS_dentro = 1610,7534 / 57 =  28,259

F = 137,699 / 28,259 = 4,873
valor crítico F(2,57) al 5 % ≈ 3,16
4,873 > 3,16  →  al menos un grupo difiere      p ≈ 0,011

Inflación sin ANOVA:
  3 t-tests sin corregir → P(falso positivo) ≈ 14 %

Qué calcula el laboratorio

ANOVA de un factor: descomposición de la variabilidad.

python classes/part-10-estadistica-e-inferencia/212-anova/lab.py
compmath run 212

Salidas del laboratorio (11)

Muestra de la ejecución real

{
  "grupos": 3,
  "medias": [
    51.0576,
    54.4184,
    56.2285
  ],
  "gran_media": 53.9015,
  "SS_entre": 275.3983,
  "SS_dentro": 1610.7534,
  "SS_total": 1886.1516
}

Errores comunes

Dónde se usa

Comparación de más de dos variantes en un experimento, evaluación de varias configuraciones de modelo, diseño factorial y estudios multicentro.

Idea rectora de la parte

Un intervalo de confianza describe el procedimiento, no una probabilidad del parámetro.

Error a evitar

Evaluar sobre datos que participaron en la selección del modelo.

Conexión con IA

Evaluar un modelo es inferencia estadística: métricas con intervalo, comparaciones múltiples corregidas y detección de leakage.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase