曼-惠特尼U检验又称“曼-惠特尼秩和检验”,是由H.B.Mann和D.R.Whitney于1947年提出的。它假设两个样本分别来自除了总体均值以外完全相同的两个总体,目的是检验这两个总体的均值是否有显著的差别。
定义
曼-惠特尼U检验(Mann-Whitney U test),又称曼-惠特尼秩和检验,可以看作是对两均值之差的参数检验方式的T检验或相应的大样本正态检验的代用品。由于曼-惠特尼秩和检验明确地考虑了每一个样本中各测定值所排的秩,它比符号检验法使用了更多的信息。
步骤
检测方法的具体步骤如下:
第一步:将两组样本数据混合,并按照数据大小的升序编排等级。最小的数据等级为1,第二小的数据等级为2,以此类推(注意,如果混合后的数据中存在相等的情况,那么相同数据的等级值应该是相同的,并取未经排名的数组中的平均值。如数据{3, 5, 5, 9},那么他们的等级值应该是{1, 2.5, 2.5, 4}。)
第二步:分别求出两个样本的等级和R1,R2。
第三步:假设n1 = “一号样本观察值的项数”;n2 = “二号样本观察值的项数”;R1 = “一号样本各项等级和”;R2 = “二号样本中各项等级和”。那么U1, U2 的计算公式分别如下所示:
那么 U1与U2之和的计算公式如下所示,
设2组样本总共数据有N 个,即 N = n1 + n2,又因为R1 + R2 = N(N + 1)/ 2 ,代入上式,可得
选择U1 和U2 中最小者与临界值Uα 比较,当U < Uα时,拒绝H0,接受H1。
在原假设为真的情况下,随机变量 U 的均值和方差分别为:
E(U)=n1*n2/2 D(u)=n1*n2*(n1+n2+1)/12
当n1 和n2 都不小于 10 时,随机变量近似服从正态分布。
第四步:作出判断。
设第一个总体的均值为 u1,第二个总体的均值为 u2,则有:
1)Ho:u1 ≤ u2,H1:u1 >u2 if Z< -Za, 拒绝 Ho;
2)Ho:u1 ≥ u2,H1:u1 < u2 if Z> -Za, 拒绝 Ho;
3)Ho: u1 = u2, H1:u1 != u2 if Z> -Za / 2,拒绝 Ho。
应用举例
下面是两种不同加工方式的菜粕在黄牛瘤胃内培养16h的干物质降解率,用曼-惠特尼U检验比较其有无差异:
两种加工方式的菜粕瘤胃培养16h的干物质降解率(%)
先按照大小顺序排列等级(见上表),而后计算W1 = 38,W2 = 67,n1 = 6,n2 = 8。
假设两种菜粕的16h瘤胃干物质降解率除了平均水平以外在其它方面无差异,即检验:
H0:两种菜粕的16h瘤胃干物质降解率无差异;
H1:两种菜粕的16h瘤胃干物质降解率有差异。
计算U值:
U1=17 U2=31
U1值较小,选取U1与Uα(α=0.05)比较,通过查表(附表)可知Uα = 8,U1> Uα,即接受H0,认为两种加工方式的菜粕瘤胃培养16h的干物质降解率无显著差异。
附表
曼-惠特尼检验U的临界值表
(仅列出单侧检验在0.025或双侧检验在0.05处的U临界值)