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蒙特卡洛示例:置信区间的准确度

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概览

当用非线性回归拟合曲线时,最重要的一组结果是参数的95%置信区间。这些区间是根据基于一些数学简化的标准误差计算出来。它们被称为“渐近”或“近似”标准误差。这些是在假设方程为线性方程的情况下计算而来,但适用于非线性方程。这种简化意味着区间可能过于乐观、过于狭窄,因此您的真实置信度可能低于95%。

您如何知道区间是否确实有95%置信度?目前,还不能使用通用的方式来回答该问题。但是对于任何特殊情况,您都可以通过模拟得到答案。本页解释了如何使用Prism 6新增的蒙特卡洛函数来实现这一点。我们将模拟一条剂量反应曲线,并询问95%置信区间对于HillSlope的准确度。Christopolous建议HillSlope分布可以不对称,并建议改为拟合HillSlope对数(1)。

步骤1. 模拟第一个实验

从任意位置,点击“新建”、“分析”,然后选择“模拟XY数据”。如需完全遵循该示例,请做出以下选择:

“X值”选项卡。从X = - 9开始,每个X值递增0.5,当X等于或超过 - 3.0时停止。

“方程”选项卡。选择文件夹“剂量 - 反应 - 刺激”,并选择方程:对数(激动剂)与反应 - 变量斜率。

“参数值”选项卡。选择用3个重复值模拟一个数据集。设置Bottom = 250,Top = 5000,logEC50 = - 6,HillSlope = 0.5。

“随机误差”选项卡。随机误差为高斯(绝对)分布,SD = 200。

步骤2. 拟合第一个实验

1.从图表中,点击“分析”,然后选择“非线性回归”。或者点击工具栏“分析”部分中的非线性回归快捷按钮。

2.在第一个(拟合)选项卡上,选择文件夹:剂量 - 反应 - 刺激。然后选择方程:对数(激动剂)与反应 - 变量斜率。您可以接受其他选项卡的所有默认值。

3.点击“确认”,Prism将使模型与数据拟合,并在图表上绘制曲线。

步骤3. 模拟几个数据集

请注意HillSlope,这是我们希望在此模拟中研究的参数。如需使用不同的随机数模拟新数据,点击红色骰子图标,或下拉“更改”菜单,然后选择“再次模拟”。注意,HillSlope会改变。

步骤4. 模拟许多数据集

从非线性回归结果开始,点击“分析”,然后选择“蒙特卡洛模拟”。

在第一个(模拟)选项卡上,选择想要Prism执行的模拟次数。对于该示例,输入1000。

在第二个(要制表的参数)选项卡上,选择想要制表的参数。该选择是Prism在分析数据时创建的分析常数列表。对于该示例,我们只想将HillSlope的两个置信限制成表格。

在第三个(命中)选项卡上,定义准则,使给定模拟结果成为“命中”。对于该示例,我们将定义命中为:置信区间将真实值0.5包括在内(在模拟中设置)。因此,命中定义为:下限小于或等于0.5且上限大于或等于0.5。

点击“确认”,Prism将运行模拟。根据计算机的速度,可能需要几秒或几十秒。

步骤5. 蒙特卡洛结果

模拟结果仅显示在一个页面上(因为我们在上面的“命中”选项卡中取消选中所有用于报告单个模拟的选项)。

命中率是0954。对于该示例,我们定义“命中”为:置信区间包括真实参数值。换言之,在1000个模拟数据集的95.4%中,HillSlope的置信区间包括真实值(在模拟中使用)。(因为这些结果取决于Prism生成的随机数,所以当您尝试遵循该示例时,您将得到一些不同的结果)。这是您对95%置信区间期望的结果,意味着您可以在该设计的实验中信任置信区间。对于该实验设计,没有必要考虑拟合HillSlope的对数

步骤6. 尝试变化

如果该结果的置信区间对您的尝试来说太宽(范围从93.9%到96.6%),则返回,并用更多迭代(也许是10,000)运行该蒙特卡洛模拟。

结论特定于所选择的实验设计和参数值。返回至模拟,将HillSlope更改为4.0。然后更改“Monte Carlo”对话框,重新定义一个“命中”以指代置信区间括号内的真值为4.0。命中定义为:下限小于或等于4.0且上限大于或等于4.0。如果HillSlope如此陡峭,则置信区间完全不准确。在83.1%的模拟中,“95%”置信区间仅包括真值(4.0)。将浓度增加一倍(在“模拟XY数据”对话框的X值选项卡中,将X值的增量从0.5更改降为0.25)即可解决该问题。由于数据点太多,在95.3%的模拟中,95%置信区间包含真值。

通过改变“模拟”对话框中的选项,并通过Monte Carlo模拟查看效果,可以设计出更好的实验。

另一项示例

此处为另一项详细示例,用模拟来得到t检验的检验力。

参考文献

1.Arthur Christopoulos,“评估配体 - 受体相互作用模型中的参数分布:记录或不记录”,《药理学趋势》,第19卷,第9期,1998年9月1日,第351 - 357页

本示例的Prism文件

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