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尽管非线性回归,顾名思义,是为拟合非线性模型而设计的,但有些推论实际上假设模型的某些方面接近线性,因此每项参数值的不确定度是对称的。

重新参数化一个方程可使不确定性更加对称,使SE更容易解读,并使对称渐近置信区间更有帮助。Prism可计算不对称的置信区间,选择这种方法时,您如何参数化方程并不重要。

什么是重新参数化?

有两种形式的模型用于将S酶动力学数据拟合到标准模型:

Y=Vmax*X^h/(Khalf^h + X^h)

Y=Vmax*X^h/(Kprime + X^h)

这两个方程是等价的,其均符合Vmax(外推至极高底物浓度的最大活性)和h(描述曲线陡度的Hill斜率)。但一个模型符合Khalf(获得最大速度一半所需的浓度),另一个模型符合Kprime(对底物作用的更抽象的度量)。

哪个模型最好?两者是等价的,Kprime等于Khalfh ,因此其会产生完全相同的曲线。

由于平方和相同,自由度也相同,因此无论您选择什么形式的模型,该模型与另一个模型的任何比较均会给出相同的结果。

参数分布并非总是对称

模拟可确定一项参数的不确定性的对称程度。我用Vmax=100、h=5,Kprime=25(因此,Khalf=5)、具有SD的高斯散射=7.5来模拟S酶动力学。X值与上图中的值相匹配,每个X处有三个Y值。Prism可轻松重复此类模拟。我重复模拟了5000次,将每条曲线与两种形式的模型进行拟合,并将Kprime和Khalf的最佳拟合值制成表格,并计算每条曲线的偏斜度。

显然,Khalf分布非常对称,看起来像高斯分布。如对称分布所预期的,偏斜度接近于零。相比之下,Kprime的分布相当不均衡。请注意,一些模拟的最佳拟合值Kprime大于100。偏斜度值(4.89)证实了通过检验显而易见的事实 - 分布离对称还有很大距离。

用Hougaard偏斜度量化不对称性

以上结果均通过运行大量模拟获得。有一种更简单的方法来计算一项参数有多对称。Prism可根据方程计算的每项参数的数据点数、X值的间距和参数值,计算Hougaards偏斜度。对于模拟数据集,Hougaard偏斜度Khalf为0.09,Kprime为1.83。经验法则是,Hougaard偏斜度的绝对值大于0.25时,不对称会造成影响,而Hougaard偏斜度大于1.0时,不对称会造成大问题。这些值无需模拟即可从一个数据集进行计算,它们告诉您,拟合Khalf时,对称置信区间将比拟合Kprime时更精确。

请注意,尽管Prism 6和7对未加权拟合正确地计算了Hougaard偏斜度,但如果选择不相等加权,其计算便不正确。这在Prism 8中固定。 

不对称参数的后果

理想情况下,很容易解读置信区间。95%置信区间有95%的几率包含参数的真实群体值,有5%的几率忽略它。

分析真实数据时,我们永远不知道真实参数的值,因此永远不知道区间是否包含它。但模拟数据时,您知道参数的真实值,因此可量化置信区间的覆盖范围。我设置了上面提到的相同模拟,将每个数据集均与两个方程相匹配,并将每个置信区间是否包含真实的参数值制成表格。该表显示了渐进对称置信区间不包括真实参数值的5000次模拟的分数(Kprime为25,Khalf为1.9037)。


“95% CI”

“99% CI”

理想

5.0%

1.0%

Kprime

8.8%

4.8%

Khalf

5.1%

1.0%

这些结果表明Khalf表现良好,正如其对称性所预期的那样(见上文)。预计95%的置信区间会在5.0%的模拟中错过真实值。事实上,这种情况发生的几率为5.1%。类似地,99%的置信区间预计会在1.0%的模拟中错过真实值,这正是发生的情况。相比之下,Kprime表现不太好。计算为95%置信区间的区间不够宽,因此在8.8%的模拟中错过了真实值。99%的间隔同样不够宽,因此在4.8%的模拟中错过了真实值。因此,计算为99%区间的置信区间,实际上变成了95%区间。

这些模拟显示了选择适合Khalf的方程而非适合Kprime的方程的优势。Khalf具有对称分布性,因此从这些拟合中计算出的置信区间可按表面进行解读。相比之下,Kprime具有不对称分布性,其置信区间不能按表面解读。

如果您要求Prism提供不对称剖面似然置信区间,参数化并不重要

如果选择非对称剖面似然置信区间,所选方程的形式也不重要。这两种情况下的覆盖率均相同,非常接近95%或99%。借助该选择,可选择与课本和论文相匹配的方程形式,或适合您思考的方式。如偏好以图表表示,请选择Khalf。如果机械性思考,则可选择Kprime。

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