4.1 실험연구/관측연구 기초 4.2 좋은 실험연구란? 4.3 좋은 관측연구란? Chap 4. 실험연구 또는 관측연구 4.1 실험연구/관측연구 기초 4.2 좋은 실험연구란? 4.3 좋은 관측연구란?

4.1 실험연구/관측연구 기초 실험 또는 관측의 목적 Y = f (X) 결과로부터 원인을 유추하고 인과관계를 합리적으로 이해 즉, Y가 관측되었을 때 이것이 어떤 X로부터 영향을 받았을까?에 관심 Y = f (X) X : 설명변수(Explanatory Variable), 관심인자(Factor) Y : 반응변수(Response Variable) 시험성적의 차이를 공부시간의 차이로 보는 경우 X는 공부시간이고 Y는 시험성적 SNU IDS Lab. 2008

4.1 실험연구/관측연구 기초 Example1: Experiment Example2: Observational Study Salk(1973)의 아기의 성장도(Y)와 심작박동음 청취여부(X) 실험 Example2: Observational Study 대머리(X)일수록 심장병 발작률(Y)이 높다는 사실을 확인하였다. 대머리가 심장발작 원인이라 말할 수 있을까? No. 공통원인 Z(ex. 스트레스)에 의해 대머리가 되는 동시에 심장발작 가능성 높다 그룹 A 심장박동음 O 들려줌 그룹 B 심장박동음 X 들려줌 심장박동음 들은 아기들이 아무소리도 듣지 않은 아기들에 비해 뚜렷하게 성장하였다. Y = f (X) 관계 존재 X Y Z SNU IDS Lab. 2008

4.1 실험연구/관측연구 기초 교락(Confounding) 관심인자와 외부인자의 효과가 분리되지 않은 상태 Y=“low”의 원인이 X1=1이어서 인지 X2=0이어서인지 구별 할 수 없음 한 변수(X1)가 다른변수(X2)와 Confounding 되어 있다고 함 Confounding은 인과추론을 잘못된 방향으로 이끌거나 심각한 지장을 초래 Example 임신중 엄마의 흡연여부가 자녀의 지능지수에 영향을 미칠까? 흡연모 그룹과 비흡연모 그룹 자녀들의 IQ를 측정 한 결과, 흡연모 자녀의 IQ가 평균적으로 작게 나왔다. 흡연(S: Smoking)이 태아의 두뇌에 나쁜 영향을 미쳤을까? 흡연 여성들이 비흡연 여성보다 영양 상태(N: Nutrition)가 나쁜 경향이 있을 경우, IQ 저하의 원인이 S인지 N인지 구분하기 어렵다. X1 X2 Y 1 high low SNU IDS Lab. 2008

4.1 실험연구/관측연구 기초 교락(Confounding) 관측연구 실험 Confounding 으로 인한 시비 피하기 힘듬 자연상태에서는 여러 변수가 내재적으로 중복된 경우가 대부분 실험 변수값을 제어함으로써 Confounding 제거 가능 SNU IDS Lab. 2008

4.1 실험연구/관측연구 기초 교호작용(Interaction) 어떤 변수의 효과가 다른 변수가 어떤 값을 갖느냐에 따라 다르게 나타나는 경우 2개 이상의 인자가 결합하여 반응변수에 주는 효과가 비가법적으로 나타날 때, 인자간 Interaction이 있다고 한다. X2=0인 경우, X1은 Y에 아무 영향 주지 않는다. 그러나, X2=1인 경우, X1은 Y에 결정적 영향준다. X1 X2 Y low 1 high SNU IDS Lab. 2008

4.1 실험연구/관측연구 기초 교호작용(Interaction) Example 사교육(P)이 학업성적(G)에 어떤 영향을 주는가? (P, M)=(0,0) 그룹에 비해 (1,0) 그룹의 성적은 5(65-60)점 높다. (P, M)=(0,0) 그룹에 비해 (0,1) 그룹의 성적은 10(70-60)점 높다. 만약, P와 M 사이에 Interaction이 없다면, (1,1) 그룹의 성적은 (0,0) 그룹보다 15점 높은 75점 이어야 한다. 그러나, 실제 (1,1) 그룹의 성적은 30점 높은 90점이다. 설명변수 P와 M 사이에는 강한 Interaction(시너지 효과)이 존재 사교육과 학업동기가 결합되었을 때, 높은 성적을 기대할 수 있다. P M G 60(L) 1 65(L) 70(L) 90(H) P=0, 사교육 받지 않음; P=1, 사교육 받았음 M=0, 학업동기 낮음; M=1, 학업동기 높음 SNU IDS Lab. 2008

4.1 실험연구/관측연구 기초 Terminology 실험단위(Experimental Unit) : 실험이 행해지는 개체 처리(Treatment) : 실험단위에 특정한 실험환경 또는 실험조건을 가하는 것 인자(Factor) : 실험단위나 실험조건을 나타내는 변수 인자의 수준(Level) : 인자가 취하는 값 Examples 피임약 효과 연구 피임약을 주사한 후 30분 후 피 속에 있는 약의 농도를 조사 피임약 20ml, 50ml을 주사한 후 30분 후 피 속에 있는 약의 농도를 조사 수학교과서의 문제의 위치가 교육에 미치는 영향에 대한 연구 문제의 위치(전반부, 후반부)와 문제의 종류(간단한 사실, 계산, 개념)에 따라 교육의 효과(시험점수)측정 SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 비교실험이란? 비교실험 랜덤화 랜덤화 절차 2개 이상의 처리를 비교하는 실험 비교실험의 기본 요건 실험단위가 각 처리에 들어갈 기회를 동등하게 부여하는 방법 즉, 초자연에 처리 배치를 위탁… How? 랜덤화 절차 피험자에 일련번호 부여 1~N 1~N 의 숫자가 각각 씌여진 쪽지 풀을 만든 후, 2/N개를 비복원추출 뽑힌 쪽지의 숫자와 동일한 피험자에게 처리 A 할당, 나머지에게 처리 B 할당 SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 비교실험이란? Excel에 의한 랜덤화 방법은? Randomization Sequential Randomization 처리 할당을 한꺼번에 할 수 없는 경우 Ex. 임상의학적 연구에서 환자가 시간이 지나면서 한명씩 도착 SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 비교실험이란? Terminology 처리집단(Treatment Group) : 관심 인자에 대하여 처리를 가한 집단 대조집단(Control Group) : 비교의 준거가 되는 처리를 가한 집단 위약효과(Placebo Effect) : 어떤 종류의 처방에도 긍정적으로 반응 위약(Placebo) :대조그룹에 가해지는 처리로서, 관심인자 이외의 다른 외부 인자의 효과를 통제하기 위하여 행해지는 처리 이중눈가림실험(Double blind Experiments) : 실험자와 피실험자 모두가 처리여부를 모르는 실험 SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 비교실험이란? 통계적 실험계획 시 유의사항 통계적 실험의 제 1원칙 통계적 실험의 제 2원칙 관심 인자 이외의 다른 외부 인자의 효과를 극소화한다. 대조집단, 이중눈가림실험 통계적 실험의 제 2원칙 랜덤화 각 실험단위에 어떤 처리를 가할지를 정할 때, 모든 실험단위에 특정 처리를 받을 기회를 동등하게 부여한다. 관측된 반응변수의 차이가 우연적인 결과인지 처리효과에 의한 결과인지를 확률이론에 의거 판단할 수 있게 한다. 통계적 실험의 제 3원칙  충분히 많은 실험단위에 각 처리를 반복 실시한다. 우연효과를 줄이고 처리효과 탐지를 용이하게 한다. SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 비교실험이란? 좋은 실험 조건 Matching Design 한 실험에서 대상이 되는 개체들은 가급적 균일 If not, 처리 배치에 대해 랜덤화가 이루어져도 개체의 차이 존재 Matching Design 균일한 실험개체 확보가 현실적으로 어려운 경우 실험 이전에 유사한 개체 N(처리개수)개씩 Matching 한 후, 각 Matching 안에서 N개 처리에 대한 랜덤화를 실시 <모의실험> SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 비교실험이란? Randomized Block Design 실험 이전에 동일 처리에 대한 반응이 유사할 것으로 예상되는 실험단위들끼리 모아서 군(群, Block)을 형성한 후, 각 블록 안에서 N개 처리에 대한 랜덤화를 실시 반응변수에 영향을 미칠 것으로 예상되는 인자들을 실험 내로 끌어와 블록을 형성하게 함으로써 그 인자들의 효과를 통제 <모의실험> SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 관측연구란? 관측연구 조건 2개 이상의 조건을 비교하되 실험을 하기 어렵거나 비효울적인 경우 인위적인 자극을 가하지 않고 있는 그대로 관측하여 얻은 자료에 기초 SNU IDS Lab. 2008

4.2 좋은 관측연구란? CASE-CONTROL STUDY 중년 남자의 원형탈모증이 심장발작 사이에 연관성이 있는가? 심장발작으로 입원한 사람 중 대머리 : P{B|H} = 0.42, P{B|H} = 0.58 다른 증세로 입원한 사람 중 대머리 : P{B|H} = 0.34, P{B|H} = 0.66 대머리 B의 심장발작 비율 비대머리 B의 심장발작 비율 OR= = = > 1 P{H|B} P{H|B} P{H|B} P{H|B}* P{H|B} P{B|H}* P{B|H} 이면, B가 B에 비교하여 H 발생과 연관된 조건이라 할 수 있다. SNU IDS Lab. 2008