评估非线性回归的方法依赖于您的目标。
在许多情况下,您的目标是建立一条标准曲线,以便据此插值未知数值。为此,我们专门制定了一份不同的核查清单。
但更常见的情况是,您的目标是确定模型的控制数据。如果这是您的目标,在评估拟合度时,请自问以下几个问题:
图形看起来合理吗?
您的第一步应该是检查将拟合曲线叠加在数据上的图表。大多数问题都能通过这种方式发现。
“游程检验”或“重复检验”是否表明曲线与数据存在系统性偏差?
游程检验和重复检验用于确定曲线是否遵循数据的趋势。当每个 X 值对应单一 Y 值时,应使用游程检验。该检验旨在判断数据点是否聚集在曲线的某一侧,而非随机散布在曲线上下。 当每个 X 值对应多个 Y 值时,应使用重复检验。该检验旨在判断数据点与曲线的距离是否“过大”,超出重复样本之间的正常散布范围。
如果“游程检验”或“重复检验”得出的 P 值较低,则可推断该曲线实际上未能很好地描述数据。这可能是因为您选择了错误的模型,或者应用了无效的约束条件。
最佳拟合参数值是否合理?
在评估非线性回归报告的参数值时,请检查结果是否在科学上合理。Prism 无法“理解”参数的含义,因此可能会报告在科学上毫无意义的控制数据。例如,请确保参数值不存在不合理的情况(速率常数绝不能为负值)。 请确认 EC50 值是否在您的数据范围内。请确认最大平台值是否未显著高于您的最高数据点。
如果控制数据在科学上不合理,那么这些结果将毫无用处。请考虑将参数限制在合理的范围内,然后重试。
最佳拟合参数值的精度如何?
您不仅需要知道每个参数的控制数据,还需了解该值的可靠性。因此,评估非线性回归结果的关键环节之一,就是检查每个参数的 95% 置信区间。
如果非线性回归的所有假设都成立,则该区间包含参数真实值的概率为95%。如果置信区间足够窄,您就达到了预期目标——以合理的确定性找到了参数的最佳拟合值。 如果置信区间非常宽,那么您就遇到问题了。该参数可能具有很宽的取值范围,您尚未将其确定下来。“太宽”的具体标准取决于您研究的科学背景。
这些置信带是否“过宽”?
置信带可以直观地展示参数被确定得有多精确。 在非线性回归对话框的“拟合”选项卡中勾选相应选项,即可绘制置信带。如果非线性回归的所有假设均已满足,则真实曲线有95%的概率落在这些置信带之间。这能让您直观地了解数据对模型的拟合程度。
残差图看起来是否合理?
残差图展示了数据的 X 值与点到曲线的距离(即残差)之间的关系。如果满足回归的假设条件,残差图应呈现平淡无奇的状态,且无明显趋势。
最佳拟合曲线周围散点是否服从高斯分布?
最小二乘回归基于这样一个假设:曲线周围散点服从高斯分布。Prism 提供了三种正态性检验(位于“诊断”选项卡中),可用于检验这一假设(我们推荐 D'Agostino 检验)。如果正态性检验的 P 值较低,则可推断散点分布不呈高斯分布。
异常值是否会影响您的结果?
一个或几个异常值(距离曲线远超其他数据点的点)的存在,可能会干扰最小二乘法的计算,从而导致误导性的结果。
您可以通过查看图表来识别异常值(前提是您绘制的是单个重复数据点,而非均值和误差条)。但异常值也可以自动检测。GraphPad 开发了一种用于识别异常值的新方法,我们称之为 ROUT 方法。 在“诊断”选项卡中勾选相应选项可统计异常值,但将其保留在计算中;或者在“拟合”选项卡中勾选相应选项,将异常值从计算中排除。
是否还有更合适的模型?
非线性回归旨在寻找使模型尽可能贴合数据的参数(在某些假设条件下)。它不会自动询问是否存在其他更合适的模型。
即使某个模型与您的数据拟合良好,它也未必是最佳或最准确的模型。您应时刻警惕其他模型可能表现更优的可能性。 在某些情况下,若不收集更宽范围的 X 数据,就无法区分不同模型;在其他情况下,则需要在不同的实验条件下收集数据。这就是科学进步的方式:您先考虑数据的替代解释(模型),然后设计实验来区分它们。
如果您选择在数据集之间共享参数,这些数据集的单位是否相同?
全局非线性回归(即一个或多个参数在不同数据集中共享的任何拟合)旨在最小化(对所有数据集求和)的数据点与曲线之间距离平方和(对所有数据点求和)。只有当所有数据集的Y值都采用相同的单位表示时,这种做法才有意义。
与该实验的先前运行结果相比,R² 值是否“过低”?
虽然许多人首先关注 R²,但这其实并不能帮助您很好地理解结果。只有当您重复之前已进行过多次的实验时,它才有参考价值。如果是这样,您就会知道预期 R² 的数值是多少。如果 R² 远低于期望值,说明出了问题。 一种可能是存在异常值。
与该实验的先前运行结果相比,平方和与 sy.x 的数值是否“过低”?
这些数值与 R² 相关,只有当您过去做过类似实验、知道期望值时,检查结果才有意义。