Join Count Statistic & Monte Carlo Test

Spatial Autocorrelation · Nominal Data · Permutation-based Inference

空間統計學 互動演示
點擊格子切換 ■ 黑 / □ 白
BB
0
黑–黑
BW
0
黑–白
WW
0
白–白
總連結數 J = 0  |  黑格 nB = 0  |  白格 nW = 0
499

為什麼需要 Monte Carlo 顯著性檢定?

Join Count Statistic 是針對 名義尺度(nominal scale) 空間資料的自相關指標。地圖上每個單元為黑(B)或白(W),我們想知道:相鄰單元的顏色是否非隨機地聚集或分散?

理論抽樣分布(常態近似)在小樣本或極端分布時不可靠。Monte Carlo 方法以排列置換直接建構參考分布,不需假設,更具彈性。

Join Count 的定義

Rook Contiguity(城堡型)定義鄰接:每格最多 4 個相鄰格。

BB = Σ wij · xi · xj (x = 1 if Black) BW = Σ wij · xi · (1−xj) + wij·(1−xi)·xj WW = Σ wij · (1−xi) · (1−xj)

其中 wij = 1 若單元 i 與 j 相鄰,每條邊只計算一次(i < j)。三者之和恆等於總連結數 J。

假說設定

H₀:空間隨機性(CSR)

在固定 nB 個黑格、nW 個白格的條件下,所有空間配置出現的機率相同。即無空間自相關。

H₁:空間非隨機性

BB 顯著偏高 → 聚集;BW 顯著偏高 → 分散;可依研究假設選擇單尾或雙尾。

Monte Carlo 置換程序

在 H₀ 下,黑格標籤可自由被隨機分配到任意格中(僅需保持 nB 固定)。

重複 N 次(本例 N = 模擬次數設定): 1. 隨機置換地圖上 nB 個黑格的位置 2. 重新計算 Join Count 統計量 T* 3. 記錄 T*,建構參考分布

這樣得到的 N 個 T* 就代表在 H₀ 下,統計量的經驗參考分布

p 值的計算方式

單尾(右尾,BB 聚集): p = (#{T* ≥ T_obs} + 1) / (N + 1) 單尾(左尾,BW 分散): p = (#{T* ≤ T_obs} + 1) / (N + 1) 雙尾: p = 2 × min(右尾p, 左尾p)

分子與分母各加 1 是因為觀測值本身也是一種可能的置換結果(Manly, 1997)。p 值越小,越有證據拒絕 H₀。

Monte Carlo 參考分布

設定格網後,點擊「執行 Monte Carlo 模擬」

觀測值 T_obs
模擬平均 E[T*]
模擬 SD
p 值 (MC)
?
執行模擬後將顯示統計推論結果。