SAS编程-Efficacy：如何进行样本率的比较？(卡方检验)

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率为定性资料常用的描述性统计指标，之前介绍过如何生成样本率的可信区间，这篇文章介绍如何进行样本率的比较，主要使用卡方检验。

样本率的比较，SAS中是通过FREQ过程步实现，具体语法问题可以参考SAS官方文档，SAS Help Center: PROC FREQ Statement。文章只展示SAS Output的输出结果，关于如何将结果输出到SAS数据集，可以参考文章SAS编程：过程步结果如何输出到数据集。

0. 样本率比较的5种情况

在《医学统计学》（第三版，陆守曾、陈峰主编）第7章中，样本率的比较主要分为5种情况：

1. 样本率与总体率的比较
2. 两样本率的比较 （2*2）
3. 多样本率的比较 （R*2）
4. 构成比的比较 （R*C）
5. 配对设计两样本率的比较

在临床试验SAS编程中，第2、第3种情况较为常见。并且2、3为4的特殊情况，这三种情况的检验思想都是卡方检验，SAS实现也都相同。

下面来介绍各个样本率比较的SAS实现。

1. 样本率与总体率的比较

样本率与总体率的比较的目的是，推断该样本是否来自某已知总体，检验方法使用的是正态近似法。

该比较的进行需要获取，样本率(p)、样本量(N)以及总体率。样本率、样本量、“阳性”例数、“阴性”例数，只要知晓任意2个统计量，就可以推出另外2个。

具体是通过，FREQ过程步中Tables语句的Binomial选项进行实现。因为是与总体率进行比较，还需要通过子选项p=指定总体率，若不指定默认总体率为0.05。

以教材中的例题为例：

例1

由题干可知，样本量为304，发生胃出血例数为96， 未发生为208，总体率为0.2。举例程序如下， level=选项指定需要计算样本率的那一个分类，p=指定总体率，cl=选项指定了2种常见的可信区间。

data tmp1;
  aval = 0; count = 96; output;
  aval = 1; count = 208; output;
run;

proc freq data = tmp1;
  tables aval/ binomial (level="0" p=0.2 cl=wald exact);
  weight count;
run;

输出结果如下：

Output 1

输出的Z值为5.0471，与书中计算的5.05一致；单侧假设检验的p值<.0001。如果题干问，老年患者的出血情况是否与一般患者不同，这里就需要双侧检验了。

2. 两样本率的比较 （2*2）

两本率比较的目的是推断相应的两总体率是否相等，使用的方法是卡方检验。

卡方检验的思想是，如果两总体率相等，那么实际频数与理论频数应该比较接近，构建的卡方统计量表示两者的“差距”，这“差距”应该很小。

两样本率的比较需要知晓，两组样本中的“阳性”例数、“阴性”例数。

具体是通过，FREQ过程步中Tables语句的chisq选项进行实现，选项expected可以输出理论频数。

教材中例题如下：

例2

2种治疗5年存活率的比较，这里有2个治疗组以及2个结局情况，存活代表“阳性”。SAS演示程序如下：

data tmp2;
  grp = 1; aval =0; count = 39; output;
  grp = 1; aval =1; count = 8; output;
  grp = 2; aval =0; count = 57; output;
  grp = 2; aval =1; count = 27; output;  
run;

proc freq data = tmp2;
  tables grp*aval/ chisq expected;
  weight count;
run;

输出结果如下：

Output 2

输出中有好几种卡方和p值，教材7.2节有对3种方法的讨论，结果如下：

• 一般认为理论频数T较小，如1<=T<=5，且总列数n不太小（>40）, 使用连续性校正卡方；
• 当n和T过小，T<1 或n<40时，不宜使用卡方检验，应用确切概率法；
• 当n>40，T>5时，使用Person 卡方。

不管哪一种情况，都能使用确切概率法。不过，确切概率法的计算量较大，当变量类别较多时，所需计算量可能超过计算机的计算能力，无法得出最后结果。实际工作中，要看统计的具体要求。

本例中，n=131>40, 理论频数都大于5，可以采用Person卡方，卡方值3.5197，自由度为1，p=0.0606>0.05，按0.05的检验水准，不拒绝H0，差别无统计学意义，故尚不能认为两种疗法对乳腺癌患者的疗效有差别。

3. 多样本率的比较 （R*2）

多样本率的比较，基本数据为R行2列。RX2表的卡方检验用于推断R个样本率所代表的的总体率是否相等，使用的方法也是卡方检验。

基本思想同前，分析时需要知晓各组样本的的“阳性”例数、“阴性”例数。

教材例题：

例3

不同文化程度的人患病率的比较，有5个文化程度类别以及2个结局情况，患病代表“阳性”。SAS演示程序如下：

data tmp3;
  do grp = 1 to 5;
    do aval = 0 to 1;
      input count @@;
      output;
    end;
  end;
  datalines;
  267 188 309 375 188 476
  163 519 133 422
  ;
run;

proc freq data = tmp3;
  tables grp*aval/ chisq expected;
  weight count;
run;

程序运行结果如下：

Output 3

卡方值为223.3538，自由度为4， P<0.0001，按0.05的检验水准拒绝H0，接受H1，差异有统计学意义，故可认为不同文化程度60岁及以上老人患病率不等。

这里说明一点，对于2X2表格的卡方检验，SAS默认是输出Fisher确切概率法的结果的；对于RX2表格的卡方检验(R>2)，默认是不输出确切概率法的，需手动添加fisher选项。这是因为，当类别大于2时，确切概率法计算量过大，会占用过多计算机资源。

测试了下，对于我当前电脑，8分钟都没能计算出确切概率法的结果。

Warning

4. 构成比的比较 （R*C）

对于R个都分为C类的构成比，其基本数据有R行C列，组成RXC表。对多个构成比检验的目的是，推断各样本代表的总体构成比是否相同，使用的方法也是卡方检验。

基本思想同前，分析需要获取各样本各分类的例数。

教材例题：

例4

3种国籍人血型构成比的比较，SAS演示程序如下：

data tmp4;
  do grp = 1 to 3;
    do aval = 1 to 4;
      input count @@;
      output;
    end;
  end;
  datalines;
   450 410 100 40
   190 250 40 20
   300 250 350 100
  ;
run;

proc freq data = tmp4;
  tables grp*aval/ chisq expected;
  weight count;
run;

程序运行结果如下：

Output 4

卡方值为332.9668，自由度为6， P<0.0001，按0.05的检验水准拒绝H0，接受H1，差异有统计学意义，故可认为3国籍的人血型构成比总的来说不同。

事实上，卡方分布是一种连续性的分布，2个或多个率的比较属于定性资料，是不连续的。卡方检验计算出的卡方是一个近似值，当样本量较大，且每个格子理论频数均较大时，近似程度较好。

当有1/5以上格子的理论频数小于5时，近似程度较差，宜使用似然比校验或确切概率法。Chisq的子选项WARN=type可以控制，当超过 20% 的格子的理论频数小于 5 时，是否给出提醒。默认情况下，PROC FREQ 会显示警告消息。

SAS编程过程中，可以使用chisq(warn=output)选项，输出一个01变量到数据集，表示是否有超过 20% 的格子的理论频数小于 5 。根据变量值进行判断，是选择Person卡方，还是确切概率法。

5. 配对设计两样本率的比较

配对设计是医学研究中常用的方法，二分类结果资料的配对研究常用语比较两种检验方法的差别。

配对设计的特点是，对同一样本分别用甲乙两种方法处理，观察其阳性与阴性例数，这样结果就有4种情况：

• 两法均为阳性(a)
• 甲为阳性，乙为阴性(b)
• 甲为阴性，乙为阳性(c)
• 两法均为阴性(d)

配对设计

a、d为两种方法结果相同的部分，b、c为两法结果不同的部分。如果两种方法没有差别，总体上，B = C。但由于抽样误差的存在，样本常表现为 b ≠ c。根据样本统计量推断总体信息时，必须进行假设检验。

配对设计的两样本率的比较，使用配对卡方检验（McNemar's 配对卡方检验），具体分为3种情况：

• 当b+c≥40时，使用配对卡方检验（公式7.12）
• 当20≤b+c<40时，使用校正配对卡方检验（公式7.13）
• 当b+c<20时，使用确切概率法计算配对四个表的确切概率

配对卡方检验

SAS中使用，FREQ过程步中的agree选项进行2X2表格的McNemar’s test （For 2X2 tables, this option provides McNemar’s test）；可以同时使用exact语句输出使用确切概率法计算的配对四个表的确切概率（exact mcnem; 或exact agree;）；查看SAS文档，暂时没发现校正配对卡方检验的处理选项，后续可能需要手动编程。

教材例题：

例5

两种方法进行沙门氏菌检验，比较两种方法的阳性结果是否有差别。目前 b + c = 31，大于20小于40，应该使用校正的配对卡方检验。先用配对卡方检验做演示，后续补充校正的实现方法，SAS代码演示如下：

data tmp5;
   grp1 = 1; grp2 = 1; count = 160; output;
   grp1 = 1; grp2 = 2; count = 26; output;
   grp1 = 2; grp2 = 1; count = 5; output;
   grp1 = 2; grp2 = 2; count = 48; output;
run;

proc freq data = tmp5;
  tables grp1*grp2/ agree;
  weight count;
  exact mcnem;
run;

Output 5

从输出结果看，配对卡方p值、确切概率法计算的p值都小于0.05，按0.05的检验水准拒绝H0，接受H1，差异有统计学意义，故可以认为两法检验结果阳性率不同。

总结

以上就是样本率比较的可能涉及到情况，临床试验中2、3情况比较常见。编程时可能涉及“是否有超过 20% 的格子的理论频数小于 5”的判断，WARN=type选项的使用参考官方文档。

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