Условно цвет данных указывает за пределы доверительных интервалов в R - PullRequest
7 голосов
/ 22 апреля 2010

Мне нужно покрасить точки данных, которые находятся за пределами доверительных полос на графике ниже, чем те, которые находятся внутри полос. Должен ли я добавить отдельный столбец в мой набор данных для записи, находятся ли точки данных в пределах доверительных интервалов? Можете ли вы привести пример, пожалуйста?

Plot with confidence bands

Пример набора данных:

## Dataset from http://www.apsnet.org/education/advancedplantpath/topics/RModules/doc1/04_Linear_regression.html

## Disease severity as a function of temperature

# Response variable, disease severity
diseasesev<-c(1.9,3.1,3.3,4.8,5.3,6.1,6.4,7.6,9.8,12.4)

# Predictor variable, (Centigrade)
temperature<-c(2,1,5,5,20,20,23,10,30,25)

## For convenience, the data may be formatted into a dataframe
severity <- as.data.frame(cbind(diseasesev,temperature))

## Fit a linear model for the data and summarize the output from function lm()
severity.lm <- lm(diseasesev~temperature,data=severity)

# Take a look at the data
plot(
  diseasesev~temperature,
  data=severity,
  xlab="Temperature",
  ylab="% Disease Severity",
  pch=16,
  pty="s",
  xlim=c(0,30),
  ylim=c(0,30)
)
title(main="Graph of % Disease Severity vs Temperature")
par(new=TRUE) # don't start a new plot

## Get datapoints predicted by best fit line and confidence bands
## at every 0.01 interval
xRange=data.frame(temperature=seq(min(temperature),max(temperature),0.01))
pred4plot <- predict(
                        lm(diseasesev~temperature),
                        xRange,
                        level=0.95,
                        interval="confidence"
                    )

## Plot lines derrived from best fit line and confidence band datapoints
matplot(
  xRange,
  pred4plot,
  lty=c(1,2,2),   #vector of line types and widths
  type="l",       #type of plot for each column of y
  xlim=c(0,30),
  ylim=c(0,30),
  xlab="",
  ylab=""
)

Ответы [ 3 ]

10 голосов
/ 22 апреля 2010

Ну, я думал, что это будет довольно легко с ggplot2, но теперь я понимаю, что понятия не имею, как рассчитываются доверительные пределы для stat_smooth / geom_smooth.

Обратите внимание на следующее:

library(ggplot2)
pred <- as.data.frame(predict(severity.lm,level=0.95,interval="confidence"))
dat <- data.frame(diseasesev,temperature, 
    in_interval = diseasesev <=pred$upr & diseasesev >=pred$lwr ,pred)
ggplot(dat,aes(y=diseasesev,x=temperature)) +
stat_smooth(method='lm')  + geom_point(aes(colour=in_interval)) +
    geom_line(aes(y=lwr),colour=I('red')) + geom_line(aes(y=upr),colour=I('red'))

Это производит: альтернативный текст http://ifellows.ucsd.edu/pmwiki/uploads/Main/strangeplot.jpg

Я не понимаю, почему доверительный интервал, рассчитанный с помощью stat_smooth, не согласуется с диапазоном, рассчитанным непосредственно по прогнозу (то есть красным линиям). Кто-нибудь может пролить свет на это?

Edit:

понял это. ggplot2 использует стандартную ошибку 1.96 *, чтобы нарисовать интервалы для всех методов сглаживания.

pred <- as.data.frame(predict(severity.lm,se.fit=TRUE,
        level=0.95,interval="confidence"))
dat <- data.frame(diseasesev,temperature, 
    in_interval = diseasesev <=pred$fit.upr & diseasesev >=pred$fit.lwr ,pred)
ggplot(dat,aes(y=diseasesev,x=temperature)) +
    stat_smooth(method='lm')  + 
    geom_point(aes(colour=in_interval)) +
    geom_line(aes(y=fit.lwr),colour=I('red')) + 
    geom_line(aes(y=fit.upr),colour=I('red')) +
    geom_line(aes(y=fit.fit-1.96*se.fit),colour=I('green')) + 
    geom_line(aes(y=fit.fit+1.96*se.fit),colour=I('green'))
6 голосов
/ 22 апреля 2010

Самым простым способом, вероятно, является вычисление вектора значений TRUE/FALSE, которые указывают, находится ли точка данных внутри доверительного интервала или нет. Я собираюсь немного переставить ваш пример, чтобы все вычисления были завершены до выполнения команд построения графиков - это обеспечивает чистое разделение в логике программы, которая может быть использована, если вы захотите упаковать часть этого в функцию .

Первая часть почти такая же, за исключением того, что я заменил дополнительный вызов lm() внутри predict() на переменную severity.lm - нет необходимости использовать дополнительные вычислительные ресурсы для пересчета линейной модели, когда мы уже хранить это:

## Dataset from 
#  apsnet.org/education/advancedplantpath/topics/
#    RModules/doc1/04_Linear_regression.html

## Disease severity as a function of temperature

# Response variable, disease severity
diseasesev<-c(1.9,3.1,3.3,4.8,5.3,6.1,6.4,7.6,9.8,12.4)

# Predictor variable, (Centigrade)
temperature<-c(2,1,5,5,20,20,23,10,30,25)

## For convenience, the data may be formatted into a dataframe
severity <- as.data.frame(cbind(diseasesev,temperature))

## Fit a linear model for the data and summarize the output from function lm()
severity.lm <- lm(diseasesev~temperature,data=severity)

## Get datapoints predicted by best fit line and confidence bands
## at every 0.01 interval
xRange=data.frame(temperature=seq(min(temperature),max(temperature),0.01))
pred4plot <- predict(
  severity.lm,
  xRange,
  level=0.95,
  interval="confidence"
)

Теперь мы рассчитаем доверительные интервалы для исходных точек данных и запустим тест, чтобы определить, находятся ли точки внутри интервала:

modelConfInt <- predict(
  severity.lm,
  level = 0.95,
  interval = "confidence"
)

insideInterval <- modelConfInt[,'lwr'] < severity[['diseasesev']] &
  severity[['diseasesev']] < modelConfInt[,'upr']

Затем мы создадим график - сначала высокоуровневую функцию построения plot(), как вы использовали ее в своем примере, но мы будем строить только точки внутри интервала. Затем мы продолжим работу с функцией низкого уровня points(), которая отобразит все точки за пределами интервала другим цветом. Наконец, matplot() будет использоваться для заполнения доверительных интервалов, которые вы использовали. Однако вместо вызова par(new=TRUE) я предпочитаю передавать аргумент add=TRUE функциям высокого уровня, чтобы они действовали как функции низкого уровня.

Использование par(new=TRUE) - это все равно что играть грязную уловку с функцией построения графика, что может привести к непредвиденным последствиям. Аргумент add предоставляется многими функциями, чтобы заставить их добавлять информацию в график, а не перерисовывать ее - я бы рекомендовал использовать этот аргумент всякий раз, когда это возможно, и использовать манипуляции с par() в качестве крайней меры.

# Take a look at the data- those points inside the interval
plot(
  diseasesev~temperature,
  data=severity[ insideInterval,],
  xlab="Temperature",
  ylab="% Disease Severity",
  pch=16,
  pty="s",
  xlim=c(0,30),
  ylim=c(0,30)
)
title(main="Graph of % Disease Severity vs Temperature")

# Add points outside the interval, color differently
points(
  diseasesev~temperature,
  pch = 16,
  col = 'red',
  data = severity[ !insideInterval,]
)

# Add regression line and confidence intervals
matplot(
  xRange,
  pred4plot,
  lty=c(1,2,2),   #vector of line types and widths
  type="l",       #type of plot for each column of y
  add = TRUE
)
4 голосов
/ 22 апреля 2010

Мне понравилась идея, и я попытался сделать функцию для этого.Конечно, это далеко не идеально.Ваши комментарии приветствуются

diseasesev<-c(1.9,3.1,3.3,4.8,5.3,6.1,6.4,7.6,9.8,12.4)
# Predictor variable, (Centigrade)
temperature<-c(2,1,5,5,20,20,23,10,30,25)

## For convenience, the data may be formatted into a dataframe
severity <- as.data.frame(cbind(diseasesev,temperature))

## Fit a linear model for the data and summarize the output from function lm()
severity.lm <- lm(diseasesev~temperature,data=severity)

# Function to plot the linear regression and overlay the confidence intervals   
ci.lines<-function(model,conf= .95 ,interval = "confidence"){
  x <- model[[12]][[2]]
  y <- model[[12]][[1]]
  xm<-mean(x)
  n<-length(x)
  ssx<- sum((x - mean(x))^2)
  s.t<- qt(1-(1-conf)/2,(n-2))
  xv<-seq(min(x),max(x),(max(x) - min(x))/100)
  yv<- coef(model)[1]+coef(model)[2]*xv

  se <- switch(interval,
        confidence = summary(model)[[6]] * sqrt(1/n+(xv-xm)^2/ssx),
        prediction = summary(model)[[6]] * sqrt(1+1/n+(xv-xm)^2/ssx)
              )
  # summary(model)[[6]] = 'sigma'

  ci<-s.t*se
  uyv<-yv+ci
  lyv<-yv-ci
  limits1 <- min(c(x,y))
  limits2 <- max(c(x,y))

  predictions <- predict(model, level = conf, interval = interval)

  insideCI <- predictions[,'lwr'] < y & y < predictions[,'upr']

  x_name <- rownames(attr(model[[11]],"factors"))[2]
  y_name <- rownames(attr(model[[11]],"factors"))[1]

  plot(x[insideCI],y[insideCI],
  pch=16,pty="s",xlim=c(limits1,limits2),ylim=c(limits1,limits2),
  xlab=x_name,
  ylab=y_name,
  main=paste("Graph of ", y_name, " vs ", x_name,sep=""))

  abline(model)

  points(x[!insideCI],y[!insideCI], pch = 16, col = 'red')

  lines(xv,uyv,lty=2,col=3)
  lines(xv,lyv,lty=2,col=3)
}

Используйте это так:

ci.lines(severity.lm, conf= .95 , interval = "confidence")
ci.lines(severity.lm, conf= .85 , interval = "prediction")
...