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k ≡ 双線形モデルにおける因子回転

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全文

(1)

双線形モデルにおける因子回転

小笠原 春 彦

要 約

因子分析モデルで代表 される双線形モデルには,交互作用項の部分に因子回 転に相当する自由度が存在する。 この研究では,因子分析以外の双線形モデル のうち,

2

元頻度表に関す る対数双線形モデル と2 要因分散分析モデルのひと つである

FANOVA

モデルを とりあげ,複数の因子負荷行列 を対象 に因子 回 転 を行い,その標準誤差を推定する方法 を示 した。 また,線形項の含 まれるモ デルでは因子負荷行列の列和が

0

である制約が課 されることが多いので,従来 の回転方法に加 えて,寄与の分散 を最小化する方法を示 した。

1

.淑線形モデル

観測個体 ×変数で構成 され るデー タ行列や

2

元の分割表等 において,

(i,j)

要素の頻度 または連続変数の測定値 を

x

l jとあ らわす ( i = 1

,,p;

j=

1,.

.

.,q)

.双線 形 とは

xij

∑ lli

k

=1 k l2jk (1)

の ようにモデルが積 の形の項 を含む ことを意味す る。 この場合, Al i k ,

A

夢 kは パ ラメータである場合 と確率変数である場合がある。 また,次のように線形の

181

(2)

182 47 2・3

項が含 まれることがある

γ

xi,FLg+FLli+FLz,.+∑ ス1ikA2ik

k=1 (2)

Kruskal(1981)

(1)

式のモデルを純双線形

(purebilinearexpression)

,

(2)

式のモデルを混合双線形

(mixedbilinearexpression)

とよび区別 している 当 論文では

(1), (2)

式の表現 をともに双線形モデル とよ ぶ 。

(2)

式の典型的なモ デルはいわゆる因子分析モデルである

すなわち,

xi

=

FL+Afi (3)

である。ここで,x

j=(N

i l , . . . Xi I ・ ) ' , 旦=(

il

l, . . . ,F L p) I ,

A=

lAg】 , 透 ‑gi l , ‥. t f i r ) ' で あ り,

x

j

は i 番 目の被験者 に関する観測値のベク トル,且 は平均のベ ク トル, A は因 子負荷行列,f l ・ は因子得点のベ ク トルである

f iが確率変数ではな く且 ,

A

と同様 にパ ラメータである場合 は因子分析 の母数模型 とよばれるが,これは

(2)

式 において 〟g,F L l iがない場合 に相当する. f iが確率分布 に従 う変量模型の場 合 は,パ ラメータについてのみ考 えると

(3)

式は線形モデルである

ところで

(2)

式 にはモデルに一意性がない ことはあ きらかである。そのひと つは位置 に関す るもので, もうひとつは尺度を含む変換 に関す るものである。

j ' q メ q

前者の不 定性 を除 くために,通常 ∑

FLli‑

FLZj

∑ Alik‑∑ A2jk‑0,(k‑

1 , …, r ) i ‑

1 j=l

i

=1 j‑1

の ような制約が課 される。後者の不定性の 問題は次 により示 される。

AIA

Z '

‑ AITTllA2'‑ AIT(A2T'1)' (4)

ここで,

(4)

式は

(2)

式の右辺第

4

項 に対応す る行列であ り,

Al=【Alik

1

,AZ

‑lA2jk]

である。 また,

T

は任意の k次の正則な正方行列である。

この間題は

(3)

式の因子分析 モデルでは因子の変換や回転の問題 として古 く

(3)

双線形モデルにおける因子回転

183

か ら研究 されてきた ( 例えば

Harman,1976

,芝

,1979

,柳井他

,1990

参照

)0

これは一意性の欠如 を逆 に利用 して ,A の変換後の行列 A 7 1 をよ り適切 なもの に構成するということで もあるが,変換 の対象は通常の場合 A というひとつの 負荷行列である。一方

,(2)

式の場合 に因子分析 モデル との類似性か らAl とA

2

を因子負荷行列 とよぶ と

(2)

式には通常の因子分析モデル と異 な り,

2

つの因 子負荷行列が存在す ることになる。

当論文ではこの ような双線形モデルにおける因子の変換 問題を

2

つの主なモ デルについて扱 う。 なお,

(2)

式は最 も簡単 なケース として示 した もので一般 には次のように表わされる

i(E(Xij))FLg+FLli+ FL2i+∑Alk1 ikA2ik (5)

ここで,

f(

・ )は一般化線形モデル

(McCullagh &Nelder,1989)

における種 々 の リンク関数 に対応する。すなわち,期待値のある変換が双. 線形 となっている モデルである。ただ し,

(5)

式の右辺は双線形モデルであるので これは一般化 双. 線形モデル

(Choulakian,1996)

である

2.

対数双線 形 モデル にお ける因子 回転

2. 1

対数線形モデル と対数双線形モデル

対数線形モデルは頻度表 ・分割表のモデル としてよく知 られている ( 例 えば

Bishopeta1.,1975

参照)

0 2

元頻度表の

(i,j)

要素の東度 に関す る確率変数 を

X l j とす ると典型的な対数線形モデルは

ln(E(Xij))=FLg+FLli+FLZj+FL3ij (6)

である

ここで

IL3ij

はいわゆる交互作用の項 を表わ している。対数双線形

(log bilinear)

モデルは

FL3lj

の項が双線形 に構造化 されたモデルであ り,

RC

連関

(4)

184

47

2・3

モデル,乗法的交互作用モデル等 ともよばれることがある

(Goodman,1985,

1986,1991;Andersen,1994)0

上記の確率変数 X l j は互いに独立にポアソン分布 に従 うと仮定するとそれぞ れの確率関数は次のように記述 される

p (xiJ‑ xi)

)‑ exp(8ijXij)expトexp(8ij)i/xij!,

r

S ijFLg+FLli+FL2j+∑ llik≠k l2jk,(i‑ 1,...,9;I

‑1

,..

. , q)

k=1

( 7 )

ここで 4 ・ kはモデルの一意性のために導入 されたパ ラメータで,厳密 には

(7)

式 は三重線形

(trilinear)

であるが, これは回転により双線形 に変換 される。

さて,モデルの一意性のためにパ ラメータに制約 を付す。 まず,各パ ラメー タをベ ク トルと行列で次のように表わす。

L l= (FLll,,FLIp)'些 = (FLll,‑・,FLlq)',

AlEllik],A2【12t

h

]

,◎

‑diag(41

, . .

.,¢Y)

パ ラメータの制約は

1'ip‑ 0,iL2'q= 0,Al'12=A2'q=Or,

Al'Al‑Ir,A2'A2

‑ I r

(8)

(9)

である. ここで

,

ム =

(1 ,...,1 )' (S

個の1 ) , 9 Z :

=(0,

. . . , 0 ) ' ( r個の0 )で ん は r次の単位行 列である。

ところで,

(7)

式 において

Alik

あるいは

A2jk

の一方が潜在確率変数であるモ

デルは,

Ogasawara(1996a,b)

のモデルであるが これは

(3)

式の通常の因子分

析モデルを頻度のケースにあてはめた ものであ り,「 ポアソン因子分析」あるい

は「 潜在変数を含む対数双線形モデル」と名付 けられている。 この表現 を用いる

(7)

式のモデルはポアソン因子分析の母数模型 とい うこともで きよう 。 ただ

(5)

双線形モデルにおける因子 回転 185

し,通常の因子分析 モデルの ように

A

lと

A 2

の一方が因子負荷で他方が因子得 点であるとい う区別 は一般 にはない。

2

.

2 回転前パラメータの推定

パ ラメー タの推定 は尤度 を最大化す ることにより行 う 回転前のパ ラメータ の推定 に関す る当節 の方法 は

GiluraandHaberman (1986)

によ り,示 されて いるものであるが, この方法は他 の双線形モデルにも応用可能であ り, また, 回転後の結果 とも密漢 に関連するので要点 を述べ る。

各頻度

(X‑lxlj])

の観測が相互 に独立である とい う仮定の下で,各パ ラメー タの尤度 は次のようになる

ZIq

L(Pg,tiL2,Al,A2,◎Jx)pl,qe苦p(q∂ljx2j)expトeI) qxp(lj)

i / xl j !

(10)

= e;p(q

妄言

Si,X

i

j

)

expi=1j‑1トexp

(

Sij)i

/i E lj gl Xl ' ] ' !

パ ラメータの推定値 は(

9)

式の制約の下で

(10)

式 を最大化するものである。

負の対数尤度 を′とす ると

FEZ pi

i‑

‑ l n

L‑ ∑∑ト 8

i , ・ x

ij+ exp( 8ij)+

l n (

x ij !

)

i

i=lj'1

( ll )

である

。 (9)

式の制約 に対応す るラグランジュの未定乗数 をそれぞれ,

α1,α2,

̲ 負 ‑(

β11,...,

β1 ,

)

I

& =( β2 1, . . . ,β2 , ) ' ,rl( =rl ' ) ,r2( =r2 ' )とす る と最小化基

準 g は

次のようになる

g

=

f+l,

i

‑ α1̲色 'ip+α2」塑 'iq+

.

'

A

l ' i

p+ii2'A2'主q

‡ tr

け 1 (

Al,A1I,)廿i trlr2(

J b・ J

b‑I,)i

(12)

(6)

186

商 学 討 究

47

第 2・3

( 1 2) 式の最小化 はス コア法 を用いた数億計算 による。 これに必要 なグラデ イエ ン トベク トルは g 番 目のパ ラメー タを

0g

とすると

I)q

9i ‑∑

1 ‑x2

j

・ exp(

8 i j ) i

十 蓋

Bog i1j1 (13)

のように表わされる。上式の右辺の要素 は容易 に得 られ表 1‑ 1の ようになる

また,情報行列の

(g,h)

要素は

P q

Ei∂2g/o g

o hi‑ 茅 昌 e xp

(

8i j

)

∂Sij

∂S

ij.+ ∂21

Bog a

O

hI

aO g aO h ( 1 4)

である

o

ここで

∂ 2

1

/

Og

Oh

の うち

0

でない要素 は表

1‑ 2

の ようになる

未 定乗数 を除 くパ ラメー タの数 は

♪+q+1+r(♪+q+1)

であ るが,未定乗数の 数 に相 当する制約の数は逝 , 也

,Al,A2

の順 に1

,1,r+(r/2)(r+1),r+ (r/2)(r

+1)

である。繰 り返 し計算 は次の ように行 う

旦♪(

i+ 1)

‑旦

夕(i)+ (li)a(i) (15)

ここでは̲ Q P( i )未定乗数 を含 む

♪+q+3+r(♪+q+Y+4)

個 のパ ラメー タを並 べたベ ク トルで添字の ( i )は i 番 目の繰 り返 しにおける値であることを表わす。

I(i)

は情報行列,

a(l

)はグラデイエ ン トベク ト) i , である。

(7)

双線形 モデルにおける 囚1・ 回転

表 11 1 グラデ ィエン トベク トルの要素

187

パ ラメー タ

∂∂〆/βog ∂// ∂βg

添字の範囲

FLg 1

0

ど ‑1

,

,

〟1g βig dl

FL2h 6

]

. h

α2 h ‑1

, . .

.,q

Algh ∂l

T

gd,kA2jk β1

k+(

Alr1).gk g‑1

,

,

P

,

.A‑1

, ‑

,r

^2hk a:

h

bkAlik. C2k

+(

^2r2)hk h‑1,...

,

q;k‑1,...,r

¢k

AlikA2jk

0

A‑1

, . .

.,r

α1

0

̲1'i k‑1

, . .

.,r

α2

0

2'iq

A 9, Al/iJ, A2 9, A2'lq

γ1kk

0

(1/2)1(Al'A1)kk‑1i

ylk1

0

(Al'A1)kl r≧ k> l≧1

γ2kk

0

(1/2)1(A2'A2)kk‑1i A‑1

, . .

.,r

注 ∂i gはクロネ ッカーのデルタ (∂ s T t

1,S

‑ i

,・aslt‑0,S

≠ t )

であ り、rl=〔γ

1 k l

,r2‑〔γ2kl〕である。

1‑ 2

情報行列の要素

パ ラルー タの対

a2l/ aOgaOh

添字の範 囲

P

l c

,a1 1 ど‑1,,

FL2h,a2 1 h‑1

, . ,

.,q

Algk,Algl ylkl g‑1

, ‑, A

;r≧ k≧ l≧1

Algk1k 1 g‑1

,

,

A

;

k‑1,...r Algk,γ1kl Algl g‑1

,

‑,A;r≧ k≧ l≧1

Alg

l

,γ1kl Algk a ‑1

,

,A;r≧ k> l≧ 1

^2hk,A2hl y2kl h ‑1

, ‑

,q;r≧ k≧ l≧1 12hk,β2k 1 h ‑

1 , . .

.

,

q

;

A‑

1 , . .

.,r

AZhk,γ2kl ^2hl h ‑1

, ‑

,q;r≧ k≧ l≧1 12hl,γ2kl ^2hk h ‑1

, ‑

,q;r≧ k> l≧ 1

(8)

188 商 学 第47巻 第 2・3

2.3

線形項のないモデル

(7)

式のモデルにおいて

F

L

g

,F L l i,

IL2i

を除いたモデルは前述の純双線形のモ デルである

.

これは,

(3)

式の通常の因子分析モデルでは平均項且 を除いたモ デルに相 当す る。

Okamoto(1972)

は主成分分析 の文脈 ではあるが このような モデルを N

(natural,naive

の意)テクニクとよんだ。 ここで も,その呼び方 を援用する 。 このモデルは表現が簡略になる反面,データへのモデルのあては ま りは,同一の

γ

( 因子数 と呼ぶ)の場合 は

(7)

式のモデル と比べ ると不利で ある

N テクニクのモデルでは

∂lj=(^1◎ ^ 2')lj

である . したがって,モデルの一 意性のための

^

1と

^2

の制約 は

^1'A

1

‑I

,

,A2'^2=Z

,のみでよいoパ ラメー タの推定法は前節 において,該当 しないパ ラメータと不要な制約の部分 を除い て構成すればよい。 なお,

(7)

式のモデル と

N

テクニクのモデルの中間の もの として通常の因子分析モデルのように,

2

つの要因 ( 被験者 と変数)のうち平 均項が一方の要因のみに設定 されるモデルも同様 に構成することがで きる。

2.4

因子回転の方法

線形項 を含 むモデル及び

N

テクニクのモデルのいずれにおいて も交互作用 項 を様 々に変換す ることが可能である。交互作用項 を集合的に

Al

◎A2 'で表 わす と,

Al申A2'‑ AIT(T

l ◎

S‑1)(A2S)'

‑ (Al◎1/2C77(A2⑳1/2(1/C

)

r l1)I

( 16 )

である. ここで, S ,T は r次の任意の正則 な正方行列である

( 1 6) の上の式 は Tl◎ S

'11

が因子 問の関連 を表わす行列 ( 一般 に非対称) としてあ らわれて お り,解釈 は単純ではない。( 16) の下の式の T は直交行列である必要はないが,

T'T‑TT'‑(

,とす る と

,tri(^1◎ 1/2cT)(Al1/2cT)'1‑tr(◎)C2,trlA2◎

1/2(1/C)T)(^2◎1/2(1/C)T)

r(◎)/C2

となって C が一定 とす ると因子負荷の

(9)

双線形モデルにおける国子回転

189 2

乗の平均の大 きさが変換 によって も変わらないのでわか りやすい。 また,因 子分析 における直交回転の諸手法 を利用することも容易 となる。

C

の大 きさは

1

とす ると各 因子の寄与が

2

つの因子負荷行列で等 しくな り自 然の ようにみえる

これは, 2つの要因の水準の数

(

,q)

が同一の場合 は良 いが,それ らが異 なると水準数の大 きい ( 小 さい)方の要因の因子負荷が平均 的に小 さく ( 大 きく)なるので,同一の座標 にプロッ トする場合 などはわか り に くくなる

したがって,因子負荷の

2

乗の平均が

Al

A2

とで等 しくなるよ うに

C

‑ 抄/q)

1/4

とす ると便利であろう

さて,

Al1/2C

A21/2/C

をそれぞれ

A

l

,A2

とあ らわ し, これを回転前 因子負荷行列 とよび,直交回転後の因子負荷行列 を

β

1

,β2

であ らわす と

Bl‑A

l

Ol/2cT‑AIT,B2‑A201/

2 ( 1 / C ) T

‑A2

T ( 1 7 )

である 。 ここで問題 は適切 な

B

lと

B2

をもた らす

T

を求めることである . 通常 の因子分析 の状況では因子負荷行列 はひ とつであることが多いが,イ ンター バ ッテ リー法のように変数が

2

つのグループに分かれる場合 ̲ ( 小笠原

,1986)

や複数の被験者集団か ら得 られたデータ等の場合のように,複数の因子負荷行 列が存在す ることもある

Hakstian(1976)

2

つの因子負荷行列が存在す る 場合 に,いずれの行列にもいわゆる単純構造 をもた らす ような共通の直交行列

を得 る方法 を提案 している

これは,因子回転後の各因子負荷行列のいわゆるオーソマ ックス基準の和 を 最大化するものである

すなわち,最大化基準

o(B

l

,B2)

o(BIB2,

,

f

l

ilbilj芽 貴b21lj,2°

忘 f

,l

{

#42l

j 等 貴

(18,

である

ここで

,B1‑【bllj],B2‑ 【b2ij]

であ り, uJはオー ソマ ックス ・ウェ

イ トである。例 えば

W=

1のケースはいわゆるバ リマ ックス法 に対応する。なお,

因子負荷行列が 2つある場合で も( 1 8) 式の 2つの項のうち,一方のみを用いる

(10)

190

商 学 討

47

2・3

ことも可能であるし,各項 に異なるオーソマ ックス ・ウェイ トを用いることも 可能である。

ところで, ( 18) 式 を最大化することにより,

β

1

,β

2には単純構造が もた らさ れ , 解釈が容易 になることが期待 される。 しか し, 平均項 を含むモデルでは

Al

A

2には,各列の和が

0

であるという制約が課 されている

この制約は,

ip,Bl

‑ip

,Al1′2cT

‑9, ,

iq,B2‑主q'A2◎1/2(1/C)T

‑9,であ り,回転後 も保存 さ

れる

したがって, このようなケースでは ( 1 8) 式を最大化す ることにより,解 釈 の容易 な行列が得 られない可能性がある。そこで,次のような方法 を考 える。

オー ソマ ックス法 において,バ リマ ックス法は

u7‑0

のクオーティマ ックス 法 よりも寄与の大 きさが平均化 ( 水準化) されることが知 られている。寄与の 水準化が好 ましいことの根拠は必ず しも明確ではないが,各因子が異なる側面 を同程度の強 さで表現 している場合 ( 寄与が水準化 されている場合)には,因 子の解釈 も全体 として,行いやすいことは確かである。そこで,

(17)

式の直交

回転の もうひとつの方法 として

β

1と

β

2 の寄与の水準化 を得 ることを考える

寄与の水準化 を最大化す るには寄与の分散 を最小化すればよい。

r ♪

r

I) β

1 につい てのみ考 える とこれは

(1/r)∑(∑bj=1i

1

fij)2‑i(1/

r ) j ∑ ‑ 1

∑b

i ‑

1fij12

を最小化することで

あるが,第

2

項 は直交回転 によ り不変であるので第

1

項 を最小化すればよい。

これは,

(18)

式か らもわかるように,オーソマ ックス ・ウェイ トのつかない項 を除いたオーソマ ックス基準 を最大化す ることに対応 している。前川 ( 柳井他

,1990,p.102)

はこれを u, ‑ +‑のケース として説明 しているが,実際にこ の方法が適用 された例 を筆者は知 らない。

この方法 を水準化法

(levelingmethod)

とよぶ ことにす る

2

つの行列 の 場合 については寄与の分散の和 を定数 ( 負)倍 した次の

l(Bl,B2)

のを最大化 す る

r ♪

q

l(B',B2)

‑( 1/4) j ∑i ‑ 1i (

∑ b=l写ij)2+ (∑ b

i

=122ij)2t (19)

ここで負 の値 を とるの は通常 の オー ソマ ックス法 のアル ゴ リズ ム ( 例 えば

(11)

双線形モデルにおける因子回転

191 Kaiser,1958)

を少ない修正で用いることがで きるようにするためである。なお, 前述の

Hakstian

の方法 も通常のオーソマ ックス法の計算法 を基本的には用い

ることがで きる

2. 5

因子回転後の因子負荷の棲準誤差

因子回転後の因子負荷の漸近的標準誤差 は,多変量正親分布 を仮定する連続 変数の因子分析モデルの場合 と同様 に,制約付最尤推定量の漸近的標準誤差 と

して求めることがで きる

ポアソン分布 を仮定する,対数双線形モデルの場合 もこの方法 を利用することがで きる。 また,因子回転後の因子負荷の制約式の 表現 は,複数の因子負荷行列がある場合 にも単一の因子負荷行列のケースを基 にして簡単 に求め られる 単丁の因子負荷行列における直交回転の場合の制約 は

ArcherandJennrich (1973)

によって得 られた。 これは, どんな種類 の回 転法で も解析的な方法であれば適用す ることがで きる一般的なものである。 し か し,

ArcherandJennrich

の証明は読みやすい ものではない。

一方,回転後の制約式 とい う観点か らではな く,回転後の国子負荷行列 を求 める とい う観点か らは,バ リマ ックス法 については

MagnusandNeudecker

(1988,p.375

,

(12)

式)が ラグランジュの未定乗数法 を用 いて,その導出の途 中で制約式 に相当する式 に到達 している

しか し,推定量の制約 とい う観点で はないので途 中の式 として記述 されてい るのみであ る。 また,竹 内 ・柳 井

(1972,p.230,(7.78)

式)もラグランジュの未定乗数法 を用いて直交回転後の 因子負荷 を求める一般解 として制約式の直前の段階に到達 しているが,推定量 の制約式 という観点はとられていない。

ここでは,ラグランジュの未定乗数法 をもとにして, これ らの研究の延長 と して複数の因子負荷行列がある場合 について,回転後の因子負荷の制約式 を次 に示す。

まず, S個 の回転後の因子負荷行列

B1,...,Bs

が存在 し,回転の最大化基準 t

は個 々の最大化基準 ( 異 なる種類の基準で もよい)の和で次のようにあ らわさ

れるとする。

(12)

192 第47 2・3

S

i

(

B1 , . . . , B

s)‑ tk(B k)

k=1

(20)

この とき

B1,...,Bs

は直交 回転 のための行列 を

T

とす る と

T'T‑I

,の条件 の 下で

t(B

1 , .

..Bs)

を最大化するもの として得 られる . したがって, ラグランジュ の未定乗数 として対称行列

r

を導入すると解は

i

‑ i(B1,..,Bs)(1/2)tr(TTI,)i (21)

を最大化す る もの として得 られる。 (

21)

式 に

(20)

式 を代入 して′の rに関す る微分 をとると次のようになる 。

i..∂tk(Bk)

d f ‑ k

∑t̀=■ut∂Bk1ri '

S

dBkLtr(rTd7l‑trl

l ∑ k

1

( ∂ a t k B ( Bk k ' )

最適値 においてはfの

T

に関する偏微分が 0であることか ら

atk(B

k )

A

k)‑IIT

= 0

であ り,右か ら T をかけて

r

が対称であることを用いると

Q‑

表 蒋欝

Bk∑ B・k

S k=1

a a t k B ( B k‑ k ) 0

A

k)rT'ld71

(22)

(23)

(24)

が得 られる

。(24)

式 における

Q

のユニークな要素数は

r(r1)/2

個である。

(18)

式のオーソマ ックス基準の場合 について具体的に表現すると

Q=lqlj]

として,

.

w 且

n .

. .

qij‑L=l"b

3 q 1

i

bl

l h

‑I i,qqbllj

(b31,

blljlL.1ib

I

(i") L

=l

1 ( b 3

2li

一 号

b2 lihalb

2 2

hi)bZlj(b32ljbZljh

j

h)b1l lib

2 2 i h i‑

j)b2

1 i i i

(25)

(13)

双線形モデルにおける国子回転

193

である。 なお,

(16)

,(

17)

式か らわかるように

Al

A2

を変換前因子負荷行列

として定めた場合,一般には回転以外の変換の自由度があるので,モデルの一 意性 のためには ㍉個の制約が必要である

そ こで,

(24)

式以外 の制約 は次の

ように求める。

Bl,Bl

r ◎ ( P /q )

1/

2T

,B2'B2

T'◎ ( q / p )

1

/ 2T

であるので

R ‑ q B

l'B1

P

B2'B2

‑ 0

である .

R

の (

i,j)

要素 r l jについてみると

q

rij

‑ q J

∑ b=1 llibllr

P

∑ b

g

1 21ib2lj

(i21)

(26)

(27)

(28)

であ り,ユニークな R の要素の数は

r(r+1)/2

個である.

β

1と

β2

の漸近的標準誤差は拡大 された情報行列 Jに以上の結果 を用 いるこ とにより求めることがで きる

(S止vey,1970;Jennrich,1974;

小笠原

,1996a,ち)0

Jの具体的な表現は付録 にある。

3. FANOVA

モデルにおける因子回転

FANOVA (factoranalysisofvariance)

モデルとは

2

要因分散分析の交互 作用項が因子分析モデルの ように構造化 されたモデルで,

Gollob(1968)

によ

り名付 け られた ものである

このモデルでは前節 ませの対数双線形卓デルの対

数期待値が連続変数の期待値そのもの となっている。 このモデルは分散分析 の

データにおいて各セルの観測数が

1

の場合で も交互作用 を検定で きる長所があ

(14)

194

第47 巻 第

2・3

り,因子 の数

(r)

が ひ とつの場合 は

1950

年代か ら提案 されている

(Goodman&

Haberman,1990)

因子数が

2

以上 の場合 は

Gollob

が最初 の ようであるが, この場合 には回転等の変換の自由度が発生する。モデルは次のように記述 される。

Xija ij+eij

= FLg+ FLli+ FJ2j+ (Al◎ A2')iJ.+ eij, eij‑ N(0,6

; ・ )

,(i

‑1 , . . . , 9;

i

‑1 , . . . , q )

(29)

ここで e l jは相互 に独立である とす る

qf jは等分散 を仮 定す ることが多 いが ここでは, よ り一般的な異 なる分散のケースを扱 う

また,各パ ラメ⊥夕は対 数双線形モデル と同様 の制約があるもの とす る。パ ラメータの値 は正規分布 の 次 の尤度 をパ ラメー タの制約の下で最大化す ることに よ り求 めることがで き

L(E

l

61 ,411ng去 ex

} (30)

ここで且 , は,それぞれ

∂ ij

におけるパ ラメー タを並べたベ ク トルである。

nlj

は (

i,j)

セルの観測個体数であ る。繰 り返 し計算 も前節 までの方法 とほぼ同様 に行 うことがで きる

分布型がポアソン分布ではな く,正規分布であることに よる計算上の相違 は次の点である

負の対数尤度

f=‑1nL

に関す るグラデ イエ ン トベ ク トル と

0

でない情報行列 の部分 は

竹∑H

v

r

L

∑ TT

h

i i皿 CQ

=り(

2 ⁚り b

.3i 善 (xijl8

i j

,2, nij

a

o'a6;1‑

E

(

,‑ 貴

(

i= 1,

. . . , 9 ; j= 1 , . . . , q )

(15)

双線形モデルにおける因子回転 である。 (

31)

式 より

2JW<Au⁚り〟

叫 VI

H

l

2⁚り<♂

195

であるので, qi J ・ は繰 り返 し計算 において,他のパ ラメータの最新値 を用 いて 計算 した 6 "l j .により更新するとよい.

因子回転の方法,回転後の国子負荷の標準誤差の求め方 も前節 までの結果 と 同様である 。

FANOVA

モデルにおいて,

N

テクニクのモデルを考 えること がで きることも同様である。なお, 等分散が仮定 され, 釣合い型データであれば, モデルのあてはめは各セルの平均値の線形項か らの残差に関する特異値分解 を 行 うことに相 当する

4.

数値例

2‑1

Haberman(1979)

に引用 されている L

Srole

他 の研究例で,棉 神 の健康のカテゴリーと親の社会経済的地位に関する頻度表である

2‑2

2

因子モデルのあてはめの結果である

回転の方法は

2

つの因子負荷行列 を 対象 にしたバ リマ ックス法 と水準化法の ものである。線形項 は周辺度数に対応

した ものであ り,その標準誤差は交互作用 を表わす因子負荷 に比べて小 さい。

この例 は行 と列の各 カテゴリーがそれぞれ順序 を構成 してお り,回転前の第 Ⅰ 因子はその順序 に対応 し,第 Ⅱ因子は

Guttman(1954)

intensity

( 強度)及 び符号 を逆 にした ものを表わ している

一方, ◎の対角要素の大 きさをみると 第 Ⅱ因子 は第 Ⅰ因子 に比べ るとかな り小 さい。

回転後の結果は水準化法では第 Ⅰ因子 は精神 の健康 と高い地位 を表わ し,第

Ⅱ因子は逆に精神の不健康 と低い地位 を表わ してお り,回転前の因子負荷 とは

別のわか りやす さが得 られている 。 バ リマ ックス法では社会経済的地位 のパ

ター ンは回転前の傾向をかな り残 している。なお,回転後の因子負荷 の標準誤

差 も寄与の水準化 に対応 して均等化 していることがわかる。 なお, このモデル

(16)

196 47 2・3

の適合の x2 値は尤度比 とピアソンによるものいずれ も

.52(d.I‑3)

で適合 は十 分である

(b).9)

2‑3

はNテクニクの結果である。回転前の第 Ⅰ国子の標準誤差は著 しく 小 さいが, これは周辺度数の情報を反映 しているため と解釈で きよう

同 じく 第 Ⅱ因子はカテゴリーの順序 に対応 している

回転後の結果はバ リマ ックス法 の もののみを示 してある

全体 に億が大であるので見に くい面 もあるが第 Ⅰ, 第 Ⅱ因子は線形項のあるモデルの回転後の第 Ⅰ,第 Ⅱ因子 に対応 していること は明 らかである。 なお, この場合標準誤差 も均等化 されている。

3‑ 1

はアメ リカの年別 ( 推定を含む9 年分)の博士号種類別取得者数 ( 計

146,268

名)の頻度表

(Greenacre,1984)

である。表

3‑ 2

3

因子をを仮定 し,

Nテクニクで解析 した結果である。回転法は2

つの方法 を示 してあるがいずれ

も学位 に関する因子負荷行列のみを対象 としたものである。バ リマ ックス法で は第 Ⅲ因子 と第 Ⅰ因子の学位の部分が回転前の傾向をかな り残 している。水準 化 法 の結 果 をみ る と第 Ⅰ因子 は

1960‑1970

年,化 学,生物 学, 第 Ⅱ因子 は

1974‑1976(

推定)午,心理学,生物学,第 Ⅲ因子 は

1972‑1974

年,工学,数学, 社会科学他 などに対応 している。 これ らの対応 はバ リマ ックス法で もみ られな くはないが,数値が回転前 と同様 に因子間で大 きく異なるので見 に くい。また, 水準化法では標準誤差 も均一なものが得 られている ( 表にはないがバ リマ ック ス法の第Ⅲ因子の標準誤差は

.16‑ .27

である)。なお,尤度比 とピアソンによ る値 はそれぞれ

87.0,87.3

( d.

f

.

=54)

であ り,モデルのあてはま りとしては3 因子で も十分ではない

(9〈.001)0

4‑ 1

Gollob(1968)

のデー タである 。 これは形容詞,動詞,名詞か ら

なる文 ( 例

Thekindmanpraisesalcoholics.)

を提示 して,人物 の良 し悪 L

11

段階の評定尺度で評価 させた ものである 。 表の値は動詞 と名詞の組み合わ

せ ごとの

192

(8

形容詞

×24

人)の評定の平均値である。 ここでは簡単のため

に動詞 と名詞以外 の要因はない もの とし,各セルは独立な

20

回の評定の結果で

あ り,標本分散 はいずれ も

1

である と仮定 した。表

4‑ 2

2

因子 を仮定 した

FANOVA

モデル ( 線形項 を含 む)のあてはめの結果である。 この例 も表

2‑

参照

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