Por que seu experimento não deu significativo, o que é poder estatístico, como interpretar e quando calcular
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\[\text{Poder} = 1 - \beta\]
\(\beta\) é a probabilidade do erro tipo II, não detectar um efeito que realmente existe.
Um experimento com poder baixo tem baixa probabilidade de detectar o efeito real, mesmo quando esse efeito existe na população estudada.
Important
Atenção: um resultado não significativo não significa que o efeito não existe. Pode significar apenas que o experimento não teve poder suficiente para detectá-lo.
| Elemento | Símbolo | Papel |
|---|---|---|
| Nível de significância | \(\alpha\) | Probabilidade aceita de erro tipo I |
| Tamanho de efeito | \(d\) ou \(f\) | Magnitude da diferença que se deseja detectar |
| Tamanho amostral | \(n\) | Número de repetições ou observações |
| Poder | \(1-\beta\) | Probabilidade de detectar o efeito, se ele existir |
\[n = \left(\frac{z_{1-\alpha/2} + z_{1-\beta}}{d}\right)^2 \times 2\]
\[d = \frac{\mu_1 - \mu_2}{\sigma}\]
Contexto: planeja-se um experimento em citros para comparar dois programas de adubação foliar quanto à produtividade, em caixas por hectare.
Com base em dados de safras anteriores, espera-se uma diferença média de 15 caixas por hectare, com desvio padrão estimado de 25 caixas por hectare.
\[d = \frac{15}{25} = 0{,}6\]
# A tibble: 1 × 3
d n_por_grupo poder_desejado
<dbl> <dbl> <dbl>
1 0.6 45 0.8
O CV% afeta diretamente o desvio padrão da variável, e, portanto, o tamanho de efeito \(d\), para uma mesma diferença absoluta esperada.
Quanto maior o CV%, maior o desvio padrão, menor o \(d\), e maior o tamanho amostral necessário para manter o mesmo poder.
media_referencia <- 250
diferenca_esperada <- 15
cv_seq <- seq(10, 40, by = 5)
resultados_cv <- map_dfr(cv_seq, function(cv) {
sd_estimado <- (cv / 100) * media_referencia
d_estimado <- diferenca_esperada / sd_estimado
n_calculado <- pwr.t.test(d = d_estimado, sig.level = 0.05,
power = 0.80, type = "two.sample")$n
tibble(cv = cv, d = d_estimado, n = ceiling(n_calculado))
})\[f = \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{k}(\mu_i - \bar{\mu})^2 / k}{\sigma^2}}\]
| Magnitude | Valor de f | Interpretação |
|---|---|---|
| Pequena | 0,10 | Diferença sutil entre os grupos |
| Média | 0,25 | Diferença perceptível na prática |
| Grande | 0,40 | Diferença marcante entre os grupos |
Contexto: planeja-se um ensaio com quatro doses de um biofertilizante, avaliando a produtividade em citros.
Com base em experimentos anteriores com produtos similares, espera-se um tamanho de efeito médio a grande entre as doses, \(f = 0{,}35\).
# A tibble: 1 × 4
k f n_por_grupo poder_desejado
<dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
1 4 0.35 24 0.8
# A tibble: 1 × 2
n_disponivel poder_real
<dbl> <dbl>
1 4 0.148
No Delineamento Inteiramente Casualizado, toda a variação ambiental não controlada entra no resíduo, aumentando o desvio padrão e reduzindo o poder do teste.
No Delineamento em Blocos Casualizados, parte dessa variação ambiental é absorvida pelo efeito de bloco, quando o critério de blocagem captura de fato um gradiente relevante, como fertilidade do solo ou umidade.
O resíduo do DBC tende a ser menor que o resíduo do DIC, o que aumenta o poder para o mesmo número de parcelas.
A eficiência relativa compara o quadrado médio do resíduo que seria obtido em um DIC ao quadrado médio do resíduo realmente obtido no DBC, para o mesmo experimento.
Um valor de eficiência relativa acima de 1 indica que o DBC reduziu a variabilidade residual em relação ao que se obteria em um DIC, aumentando o poder do experimento sem aumentar o número de parcelas.
Important
Atenção: blocar por um critério que não captura variação ambiental real não aumenta o poder, apenas reduz os graus de liberdade do resíduo, o que pode até reduzir o poder do teste.
Diante de um resultado não significativo, três explicações são possíveis, e não podem ser distinguidas apenas pelo valor de p:
O efeito realmente não existe, e a conclusão de ausência de diferença está correta.
O efeito existe, mas o experimento não teve poder suficiente para detectá-lo, dado o tamanho amostral e a variabilidade observados.
O efeito existe, mas a variabilidade dos dados foi maior que a esperada no planejamento, reduzindo o poder efetivo do experimento.
Calcular o poder de um teste usando o próprio tamanho de efeito observado nos dados que geraram um resultado não significativo sempre produz um valor de poder baixo, por construção matemática.
Isso ocorre porque um resultado não significativo, com amostra pequena, tende a corresponder a um efeito observado pequeno, e um efeito pequeno sempre implica poder baixo, independentemente do poder real do experimento.
Important
Atenção: essa prática, conhecida como poder pós-hoc observado, não fornece informação além do próprio p-valor, e é desaconselhada pela literatura metodológica.
# A tibble: 1 × 3
n_usado d_esperado poder_a_priori
<dbl> <dbl> <dbl>
1 10 0.5 0.185
Reportar o poder pós-hoc observado como justificativa para um resultado não significativo é um raciocínio circular, que não acrescenta informação além do p-valor já obtido.
A alternativa correta é calcular o poder a priori, com o tamanho de efeito esperado antes da coleta, e reportar essa limitação de forma transparente.
Iniciar a coleta de dados sem calcular o tamanho amostral necessário leva, com frequência, a experimentos subdimensionados, que não conseguem detectar efeitos reais de magnitude moderada.
O dimensionamento deve ser a última etapa do planejamento, antes da instalação do experimento em campo, não uma verificação posterior aos resultados.
Adicionar novas repetições após observar um resultado não significativo, e repetir o teste até obter p menor que 0,05, infla o erro tipo I além do nível nominal declarado.
O tamanho amostral deve ser definido antes da coleta, com base no poder desejado, e mantido fixo até a análise final.
| Elemento | Função no R | Uso central |
|---|---|---|
| Poder para teste t | pwr.t.test() |
Dimensionar n para comparar dois grupos |
| Poder para ANOVA | pwr.anova.test() |
Dimensionar n para comparar múltiplos grupos |
| Tamanho de efeito, d | Diferença padronizada pelo desvio padrão | Teste t |
| Tamanho de efeito, f | Dispersão das médias padronizada | ANOVA |
| Poder a priori | Calculado antes da coleta | Interpretar resultados não significativos |
Continue praticando e explorando.
Esta aula é parte do projeto Café com R. É open source. Use, compartilhe e adapte.
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Jennifer Lopes | Café com R