R：计算和解释逻辑回归中的优势比

Posted 2023-02-16

【中文标题】R：计算和解释逻辑回归中的优势比

【英文标题】：R: Calculate and interpret odds ratio in logistic regression

【发布时间】：2017-05-14 00:53:10

【问题描述】：

我无法解释逻辑回归的结果。我的结果变量是 Decision 并且是二进制的（0 或 1，分别不取或取乘积）。 我的预测变量是 Thoughts 并且是连续的，可以是正数或负数，并且四舍五入到小数点后第二位。 我想知道随着Thoughts 的变化，产品发生变化的概率如何。

逻辑回归方程为：

glm(Decision ~ Thoughts, family = binomial, data = data)

根据该模型，Thoughts 对Decision 的概率有显着影响（b = .72，p = .02）。将Decision 的优势比确定为Thoughts 的函数：

exp(coef(results))

优势比 = 2.07。

问题：

我如何解释优势比？

2.07 的优势比是否意味着 Thoughts 的 0.01 增加（或减少）会影响服用（或不服用）该产品的几率 0.07OR 这是否意味着随着Thoughts 增加（减少）0.01，服用（不服用）产品的几率会增加（减少）大约 2 个单位？

如何将Thoughts 的优势比转换为Decision 的估计概率？ 还是只能估计Decision在某个Thoughts分数的概率（即计算Thoughts == 1时的估计拿货概率）？

【参考方案1】：

我找到了这个 epiDisplay 包，工作正常！它可能对其他人有用，但请注意，您的置信区间或确切结果会因使用的包而异，因此最好阅读包详细信息并选择适合您数据的那个。

这是一个示例代码：

library(epiDisplay)
data(Wells, package="carData")
glm1 <- glm(switch~arsenic+distance+education+association, 
            family=binomial, data=Wells)
logistic.display(glm1)

Source website

【参考方案2】：

上面的logits概率公式exp(logit)/(1+exp(logit))可能没有任何意义。该公式通常用于将赔率转换为概率。然而，在逻辑回归中，优势比更像是两个优势值之间的比率（恰好已经是比率）。使用上述公式如何定义概率？相反，从优势比中减去 1 以找到一个百分比值，然后将该百分比解释为在给定预测变量的情况下结果增加/减少 x% 的几率，这可能更正确。

【讨论】：

exp(x)/(1+exp(x)) 是逆 logit 函数。该公式用于将对数几率转换为概率，如果使用得当，您可以获得逻辑回归中不同协变量值的概率估计

【参考方案3】：

赔率和概率是两种不同的衡量标准，它们的目的都是为了衡量事件发生的可能性。他们不应该相互比较，只能相互比较！ 虽然使用“优势比”（优势 1 / 优势 2）比较两个预测变量值的优势（同时保持其他指标不变），但概率的相同程序称为“风险比率”（概率 1 / 概率 2）。

一般而言，在比率方面，赔率比概率更受青睐，因为概率限制在 0 和 1 之间，而赔率定义为 -inf 到 +inf。

要轻松计算优势比（包括置信区间），请参阅 oddsratio 包：

library(oddsratio)
fit_glm <- glm(admit ~ gre + gpa + rank, data = data_glm, family = "binomial") 

# Calculate OR for specific increment step of continuous variable
or_glm(data = data_glm, model = fit_glm, 
       incr = list(gre = 380, gpa = 5))

  predictor oddsratio CI.low (2.5 %) CI.high (97.5 %)          increment
1       gre     2.364          1.054            5.396                380
2       gpa    55.712          2.229         1511.282                  5
3     rank2     0.509          0.272            0.945 Indicator variable
4     rank3     0.262          0.132            0.512 Indicator variable
5     rank4     0.212          0.091            0.471 Indicator variable

您可以在此处简单地指定连续变量的增量并查看生成的优势比。在此示例中，当预测变量 gpa 增加 5 时，出现响应 admit 的可能性会增加 55 倍。

如果您想预测模型的概率，只需在预测模型时使用 type = response。这将自动将对数赔率转换为概率。然后，您可以根据计算出的概率计算风险比率。有关详细信息，请参阅?predict.glm。

【讨论】：

我发现这个包非常有用，在current documentation 中我认为你必须使用or_glm 而不是calc.oddsratio.glm

谢谢，我更新了代码。很高兴你发现这个包很有用！

没想到你是作者！非常感谢您提供！

您说'赔率是从-inf 到+inf 定义的'，但它们不是限制在0 和inf 之间吗？负优势比意味着什么？

谢谢！这里的增量是什么意思？我尝试运行此代码，但我不知道如何选择增量值。是否有自动化的方法来做到这一点？

【参考方案4】：

r 中的逻辑回归返回的系数是 logit，或赔率的对数。要将 logits 转换为优势比，您可以将其取幂，就像您在上面所做的那样。要将 logits 转换为概率，可以使用函数 exp(logit)/(1+exp(logit))。但是，关于此过程有一些需要注意的事项。

首先，我将使用一些可重现的数据来说明

library('MASS')
data("menarche")
m<-glm(cbind(Menarche, Total-Menarche) ~ Age, family=binomial, data=menarche)
summary(m)

这会返回：

Call:
glm(formula = cbind(Menarche, Total - Menarche) ~ Age, family = binomial, 
    data = menarche)

Deviance Residuals: 
    Min       1Q   Median       3Q      Max  
-2.0363  -0.9953  -0.4900   0.7780   1.3675  

Coefficients:
             Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)    
(Intercept) -21.22639    0.77068  -27.54   <2e-16 ***
Age           1.63197    0.05895   27.68   <2e-16 ***
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

(Dispersion parameter for binomial family taken to be 1)

    Null deviance: 3693.884  on 24  degrees of freedom
Residual deviance:   26.703  on 23  degrees of freedom
AIC: 114.76

Number of Fisher Scoring iterations: 4

显示的系数适用于 logits，就像在您的示例中一样。如果我们绘制这些数据和这个模型，我们会看到拟合二项式数据的逻辑模型特征的 sigmoidal 函数

#predict gives the predicted value in terms of logits
plot.dat <- data.frame(prob = menarche$Menarche/menarche$Total,
                       age = menarche$Age,
                       fit = predict(m, menarche))
#convert those logit values to probabilities
plot.dat$fit_prob <- exp(plot.dat$fit)/(1+exp(plot.dat$fit))

library(ggplot2)
ggplot(plot.dat, aes(x=age, y=prob)) + 
  geom_point() +
  geom_line(aes(x=age, y=fit_prob))

请注意，概率的变化不是恒定的 - 曲线首先缓慢上升，然后在中间更快，然后在最后趋于平稳。 10和12的概率差远小于12和14的概率差。也就是说，如果不转换概率，不可能用一个数字概括年龄和概率的关系。

回答您的具体问题：

您如何解释优势比？

截距值的优势比是当 x = 0（即零想法）时“成功”的几率（在您的数据中，这是获得产品的几率）。您的系数的优势比是当您添加一个完整的 x 值（即 x=1；一个想法）时，高于该截距值的优势增加。使用初潮数据：

exp(coef(m))

 (Intercept)          Age 
6.046358e-10 5.113931e+00 

我们可以将此解释为年龄 = 0 时发生初潮的几率是 0.00000000006。或者，基本上不可能。将年龄系数取幂告诉我们每个年龄单位的初潮几率的预期增加。在这种情况下，它刚刚超过五倍。优势比为 1 表示没有变化，而优势比为 2 表示翻倍，等等。

您的优势比为 2.07 意味着“想法”每增加 1 个单位，使用该产品的几率就会增加 2.07 倍。

如何将想法的优势比转换为估计的决策概率？

您需要对选定的想法值执行此操作，因为如上图所示，在 x 值的范围内变化不是恒定的。如果你想要某个想法值的概率，得到如下答案：

exp(intercept + coef*THOUGHT_Value)/(1+(exp(intercept+coef*THOUGHT_Value))

【讨论】：

非常感谢！您的其他示例确实有助于将您的解释置于上下文中。

@SudyMajd 欢迎来到 SO！如果您接受 tridle 的回答，请点击答案旁边的绿色标记。这样做，您尊重回答问题的人并将问题标记为已解决。

这是一个非常彻底的答案。如果您在建模之前对协变量进行了缩放，对解释有何影响？您是否应该在检查优势比之前“取消缩放”它们，这是否可行？

@Emily 如果您已经缩放了预测变量，那么解释是相同的，除了“一个单位变化”意味着 1 个标准差。如果您想要缩放和未缩放的预测变量的值，最简单的方法可能是拟合两个单独的模型：一个是缩放的，一个是未缩放的。

截距和年龄系数的指数不是优势比。只有与因子变量项相关的系数的指数才能被视为优势比。这个答案具有误导性