Meta分析及MetaWin软件

Meta 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及MetaWin软件 土壤与环境 1999, 8(4): 295~299 ISSN 1008－ 181X Soil and Environmental Sciences CN 44－ 1441/P 文章编号：1008-181X（1999）04-0295-05 Meta分析及MetaWin软件 彭少麟，郑凤英 （中国科学院华南植物研究所，广州 510650） 摘要：综述Meta分析及MetaWin软件。MetaWin是第一个专为生态学者设计的定量Meta分析软件，它提供了两种假设模 ____型、多种可选择的结合统计量，不仅操作简单，而且提出了一种新的非参数检验法重取样检验。 关键词：Meta分析； MetaWin软件；综述 关键词：Meta分析；MetaWin软件；综述 中图分类号：Q141 文献标识码：A 生态学的发展已经由定性观察研究向定量实验研究迈进，从本世纪初的竞争、捕食 等较粗放的实验过度到了室内模拟的CO倍增等较为精细的实验。 2 Scheiner（1993）曾提出这样一个基本的问题：生态学实验的目的何在？通常，实 验的目的在于验证一个或一类特定的假说。但事实上，一个实验的结果仅局限于某一特 定时间、地点和物种，显然单个实验无法对一个假说进行验证[1]。Gause的竞争排斥理 论的提出仅用他本人的草履虫实验是无法证明的。应用生态学与理论生态学对各自实验 结果的应用有所不同，对于前者，一定条件下的实验结果只要有利于其生态系统的管理 便为有用，但对于后者，如果从独立实验中提练不出综合性内容便无多大用处。那么一 基金项目：国家自然科学基金重大项目（39899370），中国科学院重大项目（KZ951-B1-110），广东省自然科学基金项目（980952） 作者简介：彭少麟（1956~），男，博士，研究员，博士生导师，著名生态学家，国家自然科学基金重大项目首席科学家， 全国“五一”劳动奖章获得者。 收稿日期：1999-10-22 296 土壤与环境 Vol.8 No.4 个独立实验结果究竟能对大自然揭示多少呢？从一个实验结果中我们又能外推多少呢？ 它是对以前研究结果的支持还是否定呢？在什么样的条件下这些独立实验能够得出相同 的或相互矛盾的结果呢？如何回答这些问题，生态学家们持有不同的见解。 虽然在生态学中绝对重复实验是不可能的，但综合一类实验结果以便于找出一般性 结论也同样重要，也即综述是非常必要的。传统的描述性综述只对独立实验结果作一个 简单罗列，解释过程中往往添加了过多的综述者主观意见，没有起到综合、提练的作用。 数表决法把综述引入量化的门槛，却最终因为方法有失科学性而遭到遗弃。正在生态学 家为不能找出一个较好的方法来解决上述问题困扰时，Meta分析出现在他们的面前。 1 Meta分析简介 Meta分析是一种对同一主题下的多个独立实验（研究）进行综合的统计分析方法。 [2]它萌芽于本世纪初；1976年由美国教育学家定义为Meta分析，并揭开了它在教育学、 [3]心理学及医学中的应用的新篇章。Meta分析在这些学科的应用中取得了极大的成功， [4]发展出了多种分析方法。Mann称其为医学方法学研究中的一次革命，且羽翼渐丰。 直到90年代，此方法才被生态学家发现，虽然目前它在生态学中的应用实例还很少， 但已引起了生态学界的高度重视。Gurevitch（1993）出版了第一部生态学中的Meta分 析专著[5]，并与人合作于1997年发行了MetaWin软件包。 [6]在我国，彭少麟（1988）首次将此方法引入我国生态学界，并利用此方法进行生 [7]态学分析。 Meta分析目前主要应用于对照实验的综合研究中，目的为判断实验中的处理会对实 验对象产生正或负效应；效应是大还是小；同一主题下不同独立实验的结果是否一致， Vol.8 No.4 彭少麟等：Meta分析及MetaWin软件 297 变异程度有多大等问题。 但Meta分析决不仅仅是一个数学分析过程，它本身也是一项研究，需要认真设计。 主要步骤如下所述。 提出所要解决的问题并制定搜集、选择文献的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。搜集文献，这是一项非常繁重 且关键的工作。为了能搜集到全面的文献，通过各种途径来最大可能地收集已发表的和 未发表文献（包括正式期刊中的 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 、会议论文、摘要以及各种私人交换资料等）。 标定各研究的特点，并对其进行分类。根据研究背景特点的不同将所有研究分为几 个级别（class），以作比较。 定量测度研究特点。为了避免分析时对质量不等的研究给予相同的结合标准，导致 分析结果的不准确，分析家们提出了定性Meta分析，即制定标准，对研究特点进行打分 评估；综合研究结果并结合研究特点来分析结果。也有人称这一步为定量Meta分析，以相对于定性Meta分析。 研究特征分析（敏感性分析），分析研究的基本特征（研究对象、研究环境等的特征） 和方法学特征对效应值之间的协变关系。 目前已有发展出多种定量Meta分析方法。但它们的基本思想是一致的，那就是先提 出假设，构造一个结合统计量，然后计算各研究的结合统计量，并用其在定性Meta分析中所得分数去权重它的结合统计量；计算各级别研究中的加权平均结合统计量（在平均 过程中，要根据其各结合统计量的方差进行权重）；做各级别研究间统计量的异质性检验。 定量Meta分析方法的不同主要在于结合统计量和统计假设的不同。 2 MetaWin软件的特点 298 土壤与环境 Vol.8 No.4 MetaWin是一个主要为生态学工作者设计的定量Meta分析软件，其主要特点如下 所述。 2.1 提供了两种假设模型 这两种假设模型为固定效应模型和混合效应模型，具体计算过程见文献[6]。两者的区别主要在于前者假设所综合的研究共享一个真实效应大小，实际测量的效应大小不同 是由于随机取样所导致，而后者却假设研究间具有不同的真实效应大小，即所测效应大 小的不同是由两部分组成，真实效应的不同，随机取样造成误差。后者更切合实际，区 间估计较保守，更受Meta分析家们欢迎。 2.2 提供多种可选择的结合统计量 在生态学领域内的Meta分析中最常用的结合统计量为Hedges’d效应值： d =（Xe -Xc）/（S,J）（其中，Xe、Xc分别为实验组和对照组的测量平均值，S为两组共同标准 差，J为小样本较正值），MetaWin还提供了反应比（response ratio）：ln（Xe /Xc）（Xe、Xc的意义同上）这是从医学Meta中新引进的一种结合统计量；此外，MetaWin还为对Meta分析较为熟悉的分析者提供了更多的选择机会，如相关系数（correlation coefficient）等。 2.3 提供了两种数据输入方式 对有经验的分析者可直接输入效应值、样本方差等所需数据，其格式称效应数据格 式。这种数据输入法的好处在于分析者可根据所收集的文献的实际情况来自己构造结合 统计量，也即MetaWin为分析者提供了较大的自由。在文献数据满足前两种结合统计量 Vol.8 No.4 彭少麟等：Meta分析及MetaWin软件 299 计算情况下，分析者可以输入原文献中的统计数据，如平均值、样本方差、样本大小来 进行计算，比较方便，称原始数据格式。 2.4 提供了一项非参数检验——重取样检验 上述参数模型检验是在假设所有研究中的实验组和对照组观测值均遵循正态分布情 况下进行的；许多Meta分析方法基于大样本近似原理，即当实验组和对照组样本大小不 小于10时，效应值才趋于正态分布。但如果样本太小，实验组和对照组样本大小太悬殊 或效应值太大时，大样本近似原理就变得不准确了[8]。但事实上，许多生态学观察值却违 [9]背了上述情况。此外，只有当上述假设被满足时，用于检验研究间效应异质性的Q值 2[7]才有近似的X分布。重取样检验法是取代传统参数和非参数检验的一种好方法。 [10]重取样检验是一种计算机加强（computer intensive）非参数检验方法。MetaWin 中提供了随机化检验法（randomization test）和自助法或靴襻法（bootstrap）。前者常 被用来决定一个统计量的显著性水平，后者则用于给出统计量的置信区间。 MetaWin中用自助法来计算所有研究总效应值和每一级别加权平均效应值的置信区 间，对于样本含量为i的每一级别，我们均以放回式取样选取i个研究并计算其加权效应 值，然后重复上述取样方法多次，按大小顺序将效应值排列起来，在两端取2.5%处的值 做为5%至信区间的上下限，置信区间包括零在内的级别被认为没有显著不等于零。但当 样本含量太小时，会出现区间估计过低，此时，可用偏差较正法[9]。 MetaWin中用随机检验来判断级别间效应大小的差异是否显著。首先用原始数算出 QB，然后将j个级别里的所有研究混在一起，再随机将它们分成j个级别，级别含量仍 与原来相同，算出QB值，重复此过程多次，得出一个QB值的分布，QB的显著性水平 300 土壤与环境 Vol.8 No.4 为随机QB值大于等于实际QB值数占重复随机取样数的百分比。 3 MetaWin软件的使用方法 3.1 MetaWin软件构成 运行MetaWin，只需一台装有Windows95、Windows3.1或WindowsNT的IBM兼容机，其中共包括8个文件。（1）MetaWin.exe：在Windows95和WindowsNT下的可执行文件。（2）MetaWin.hlp：在Windows95和WindowsNT下的帮助文件。（3）MetaWin.cnt：在Windows95和WindowsNT下的帮助文件的内容。（4）MetaW16.exe：在Windows3.1下的可执行文件。（5）Meta16.hlp：在Windows3.1下的帮助文件。（6）Raw.dta：以原文献统计数据输入数据的格式示范文件。（7）Effect.dta：以效应大小输入数据的格式示范文件。（8）Gur-hed.dta：作者的示范数据格式文件。 Windows95和Windows3.1版本的不同之处主要在于研究特征类型量、每一特征类 型中级别数、每一数据文件中所含研究量及非参数检验中的重复数的最大值的不同， Windows95比Windows3.1范围更广。 3.2 MetaWin软件使用方法 3.2.1 数据输入 打开MetaWin文件，下拉file菜单，点击edit data file，进入数据输入状态，可直 接在弹出的窗口中输入数据，也可从file菜单中点击load a file上载已有的文件。原始数 据输入格式如下： sex tree state +/- Nc Ne Xc Xe Sc Se Label m oak pa + 7 7 78.14 79.71 40.650 40.650 study1 Vol.8 No.4 彭少麟等：Meta分析及MetaWin软件 301 m maple ny + 7 7 18.86 26.00 9.170 9.170 study2 f maple ny - 6 6 -1.80 -2.10 0.490 0.490 study3 其中，第一行为标题行，前3项为级别分类标准，事实上，Windows95版本可允许10个分类标准，Windows3.1为5个；+/-为方向符，如果你所期待的效应值为正值时（即 实验中的处理会对实验对象产生正效应），在按所期待趋势应该出现正效应值的研究项中 加+，负效应值的研究中加-，它必须紧跟级别组，否则程序运行时不能识别数据文件中 共有几项划分级别标准；Ne、Nc分别为实验组和对照组的样本含量；Xe、Xc分别为实 验组和对照组的测量平均值；、分别为实验组和对照组的标准差；Label为各研究SeSc 的标记。标题行下面的每一行为一个研究的效应数据。效应数据输入格式为： sex tree state +/- Nc Ne effect var Label m oak pa + 7 7 78.0.036 0.286 study1 m maple ny + 7 7 0.565 0.347 study2 f maple ny - 6 6 1.533 0.517 study3 其中，effect一列为效应值；var为效应方差；其它同原始数据格式。 3.2.2 数据分析 在打开MetaWin文件的同时，会自动弹出一个Meta-Analysis窗口。在此窗口上部Type of Input一项中点击raw或 effect（确定数据为原始还是效应格式），原来灰色的 Data file就会加亮，点击，从弹出的‘打开’窗口中选定并打开要分析的数据文件。 在Meta-Analysis窗口中部选择固定效应或混合效应模型，结合统计量，也可增加重 302 土壤与环境 Vol.8 No.4 复检验；窗口下部gourp by中可选择划分级别的标准，并在Refine Analysis中可以在不改变数据文件的情况下去掉一些级别或研究来纯化分析。 所有这些选项选择好后，即可点start键进行运算。运算结束后，会自动弹出一个 Meta-Analysis output窗口，显示分析结果。 3.2.3 结果显示 在分析结果中，可看到分析时间，数据来源路径，以及名为Parametric methods和 Meta-Analysis results for groups的两个表。前者为所有研究的效应值表，每一行代表一 个研究，包括其名称、所属级别、小样本校正值（ ）、对照和实验两组的共有标准差J （spool）、效应值（）、95%的置信区间（95%CI）、各研究的方差（）、权重（）。 dVW 一般先假设所有研究享有共同的d值进行分析，此时在第二个结果表中可看到所有 2研究的总平均效应值（d++）、95%的置信区间、同质性（Qwi），自由度（df）、X检验 2的p值。如果其级别内异质性经X检验显著，则说明假设不正确，此时按一定的标准将 所有研究划分为几个级别，再进行分析。此时的第二个结果表中会显示各级别内所有研 究的加权平均效应值（ 2di+）、95%的置信区间、同质性（Qwi），自由度（df）、X检验的p值以及级别间同质性（Qb）、级别内总同质性（Qw），总的同质性（Qtotal）。如果级别间同质性（Qb）经检验后显著，则说明级别间差异显著；如果某一级别内同质性（Qwi）经检验显著，说明这一级别内各研究的效应值差异较大，应该进一步划分此级别，再分 析，直到Qwi经检验不显著。 如我们在做捕食关系的Meta分析中发现，捕食者导致被捕食者种群数量降低， Vol.8 No.4 彭少麟等：Meta分析及MetaWin软件 303 d++=-0.3855（固定效应模型）d++=-0.4589（混合效应模型）；但不同标准划分的级别 的效应大小有差异，捕食效应随地带性而变化，热带效应值最大，亚热带、温带、寒带 也有效应，其中亚热带最小；按所在生态系统划分级别时，陆生生态系统级别为中效应， 淡水生态系统为小效应[10]。 MetaWin是一个操作简单且功能较全的Meta分析软件，以Windows作支持，用户通过界面与机器直接对话，分析过程简单易学，结果输出明了。遗撼的是MetaWin中没有考虑定性Meta分析所得出的研究质量评估值，所以利用原始数据直接输入法不能对效 应值进行研究质量权重。同时值得注意的是MetaWin只提供了定量Meta分析方法，而Meta分析本是一项研究，数量分析前需要认真设计，分析后也需对结果进行研究特征分 析。一个好的Meta分析不仅要选择好的定量分析方法，而且分析前设计和分析后的特征 分析都非常重要，因为统计的目的是为解决问题提供科学依据。 参考文献： [1] Scheiner S M. Introduction: Theories, hypotheses and statistics. New York: Chapman and Hall, 1993 [2] Kay D, Jesse A B. Meta-analysis: state of the science. Epidemiological reviews, 1992(14): 154~176 [3] 赵宁，俞顺章. Meta-analysis：一种新的定量综合方法. 中国慢性病预防与控制，1993, 1(6): 277~281 [4] Mann C. Meta-analysis in the breech. Science, 1990, 249: 476~480 [5] Gurevitch J, Hedges V. Meta-analysis: combining the results of independent experiments. New York: Chapman & Hall. 1993 [6] 彭少麟，唐小焱. Meta分析及其在生态学上应用. 生态学杂志，1998, 17(5): 74~79 [7] 郑凤英，彭少麟. 捕食关系的Meta分析. 生态学报，1999, 9(4): 448~452 [8] Hedges L V, Olkin I. Statistical methods for meta-analysis. Orlando: FL Academic Press, 1985 [9] Gurevitch J, Morrow L L, Wallace A, et al. A meta-analysis of field experiments on competition. American Naturalist, 1992(140): 539~572 [10] Dean C, Gurevitch J, Michael S R. Resampling tests for meta-analysis of ecological data. Ecology, 1997, 78(5): 1277~1283 Introduction of MetaWin Software 304 土壤与环境 Vol.8 No.4 PENG Shao-lin，ZHENG Feng-ying （South China Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510650, China） Abstract: MetaWin is the first software of quantitative meta-analysis for ecologists, which includes two hypothesis models and at least two cumulative statistics. It can be performed easily and proves a new non-parametric test, and resampling test. Key words: meta-analysis; MetaWin; review