結(jié)構(gòu)方程模型等同性檢驗(yàn)及其在分組比較中的應(yīng)用*

山西醫(yī)科大學(xué)(030001) 武淑琴 張巖波

結(jié)構(gòu)方程模型等同性檢驗(yàn)及其在分組比較中的應(yīng)用*

山西醫(yī)科大學(xué)(030001) 武淑琴 張巖波△

目的通過探討結(jié)構(gòu)方程模型等同性檢驗(yàn)方法在分組比較中的應(yīng)用，說明等同性檢驗(yàn)的必要性和重要性。方法 結(jié)合抑郁癥病例-對照臨床研究中特質(zhì)應(yīng)對方式量表數(shù)據(jù)，利用LISREL軟件實(shí)現(xiàn)各種等同性檢驗(yàn)及參數(shù)估計(jì)。結(jié)果 通過等同性考察，證實(shí)TCSQ量表在病例-對照研究中具有等同性。結(jié)論 對量表測量數(shù)據(jù)在進(jìn)行分組比較時(shí)，首先須進(jìn)行各種等同性檢驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行潛變量均值結(jié)構(gòu)的分析，在此前提下研究結(jié)果更可靠。

結(jié)構(gòu)方程模型 等同性 分組比較 潛變量均值

*：國家自然科學(xué)基金資助(30972553);山西省自然科學(xué)基金資助(2010011051-2)

△通訊作者：張巖波

隨著結(jié)構(gòu)方程模型(structure equation modeling，SEM)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得測量理論得以對于復(fù)雜的因素構(gòu)建進(jìn)行證實(shí)性的研究。在跨文化研究、分組比較均值結(jié)構(gòu)(means structure)或多樣本比較等應(yīng)用中，即使一個(gè)測量被證明有良好的信度與效度，也不能說明這些測量與其所測得的潛在因素在不同的受試對象上具有相同的意義。因此，須事先進(jìn)行測量等同性(measurement invariance)檢驗(yàn)，提供研究者因素構(gòu)建、因子載荷、誤差估計(jì)在不同樣本間的等同或歧義性。所謂等同性是指同一測量施于不同的對象或在不同時(shí)點(diǎn)上使用時(shí)，測量分?jǐn)?shù)應(yīng)具有一定的恒定性，即當(dāng)研究者利用一組測量題目測得一個(gè)心理概念并應(yīng)用于組間比較，研究者必須假設(shè)項(xiàng)目分?jǐn)?shù)與尺度對不同的受試對象(如不同性別、職業(yè)等)具有相同的意義。在實(shí)際工作中研究者卻往往忽略等同性的考察，本文以均值結(jié)構(gòu)模型(means structure model)的分組比較為例，探討等同性檢驗(yàn)的分析理論與方法。

原理與方法

1.均值結(jié)構(gòu)模型

結(jié)構(gòu)方程模型的一般表達(dá)形式(即均值結(jié)構(gòu)模型)如下：

其中y是由p個(gè)內(nèi)生指標(biāo)組成的p×1向量，η是由m個(gè)內(nèi)生潛變量組成的m×1向量，Λy是y在η上的p×m因子載荷矩陣，ε是p個(gè)測量誤差組成的p×1向量，τy是p×1向量(y的測量方程常數(shù)項(xiàng))，x是由q個(gè)外源指標(biāo)組成的q×1向量，ξ是由n個(gè)外源潛變量組成的n×1向量，Λx是x在ξ上的q×n因子載荷矩陣，δ是q個(gè)測量誤差組成的q×1向量，τx是q×1向量(x的測量方程常數(shù)項(xiàng))，B是m×m系數(shù)矩陣，Γ是m×n系數(shù)矩陣，ζ是m×1殘差向量，α是m×1向量(結(jié)構(gòu)方程的常數(shù)項(xiàng))。模型假設(shè)誤差項(xiàng)ε、δ的均值為零;結(jié)構(gòu)方程殘差項(xiàng)ζ的均值為零;誤差項(xiàng)ε、δ與因子η、ξ之間不相關(guān)，ε和δ不相關(guān);殘差項(xiàng)ζ和 ξ、ε、δ之間不相關(guān)。

在式(1)中，如果 τy、τx、α 為0，則為中心化模型。

2.結(jié)構(gòu)方程模型多組比較與等同性檢驗(yàn)

根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型分為中心化模型和均值結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)方程模型可進(jìn)行相應(yīng)的多組比較：(1)中心化模型多組比較需要進(jìn)行第一階段分析，即檢驗(yàn)各樣本組是否有相同的結(jié)構(gòu)模式。包括確定基準(zhǔn)模型(baselinemodel)，因子載荷、因子方差、誤差方差、因子協(xié)方差等的等同檢驗(yàn);(2)均值結(jié)構(gòu)模型多組比較首先要進(jìn)行第一階段分析，在確定了基準(zhǔn)模型及各組具有相同結(jié)構(gòu)模式的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行第二階段分析，即檢驗(yàn)各組均值或截距是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

(1)第一階段分析

①確定基準(zhǔn)模型

首先要了解模型的形式在各組是否相同，包括：因子個(gè)數(shù)(如在實(shí)例分析中病例與對照組中都是2個(gè)因子)，題目與因子的從屬樣式。形式相同是指用同一個(gè)模型擬合不同的組時(shí)總的擬合指數(shù)良好，其說明每個(gè)組都可以用同一模型去描述，該模型被稱為基準(zhǔn)模型。

Bollen提出：如果兩個(gè)模型具有相同的參數(shù)矩陣，維度相同，固定參數(shù)、自由參數(shù)、約束參數(shù)的位置相同，則定義兩個(gè)模型具有相同形式〔1〕。在結(jié)構(gòu)方程模型中，形式相同從實(shí)際意義上還意味著因子載荷、因子方差以及誤差方差的參數(shù)是自由或固定，在所有的組中是一致的(但參數(shù)估計(jì)值不一定相等)〔2〕。

②因子載荷等同檢驗(yàn)

假定模型形式相同的檢驗(yàn)可以通過，就可以進(jìn)行多組因子載荷等同性檢驗(yàn)(metric invariance/factor loading invariance)。例如病例組中積極應(yīng)對因子在條目TCSQ3的載荷與對照組中積極應(yīng)對因子在條目TCSQ3的載荷相等，即兩組的因子載荷等同(Λg1=Λg2)。

③因子方差等同檢驗(yàn)

因子方差等同(factor variance invariant)即Φg1，jj= Φg2，jj，是檢驗(yàn)不同組別對應(yīng)因子 η、ξ的方差是否相同。

④誤差方差等同檢驗(yàn)

誤差方差等同(indicator uniqueness variance invariant)即Θg1=Θg2，是當(dāng)因子方差等同時(shí)關(guān)于Θg1=Θg2的檢驗(yàn)。

⑤因子協(xié)方差等同檢驗(yàn)

因子協(xié)方差等同(factor covariance invariance)即Φg1=Φg2，是檢驗(yàn)不同組別對應(yīng)的因子協(xié)方差是否相同。若與因子方差等同檢驗(yàn)一起進(jìn)行，相當(dāng)于比較各組的因子相關(guān)系數(shù)。

對上面提出的各種等同性檢驗(yàn)，可以根據(jù)Bollen提出的逐步增加限定條件的辦法進(jìn)行等同性檢驗(yàn)。增加等同限制后，模型的卡方值和自由度都將會(huì)發(fā)生改變。增加等同限制后得到的模型與原模型屬于嵌套模型，模型擬合檢驗(yàn)采用通常的模型比較原理：若Δχ2(自由度為Δdf)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明卡方改變了很大，意味著增加等同限制后，擬合指數(shù)變差，各組共享同一個(gè)等同限制的模型不可行;反之，若 Δχ2(自由度為Δdf)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明卡方改變不大，意味著增加等同限制后，擬合指數(shù)變化不太大，可以接受各組等同的假設(shè)。

(2)第二階段分析

①指標(biāo)截距等同檢驗(yàn)

在進(jìn)行完第一階段各種檢驗(yàn)后，接著可以進(jìn)行指標(biāo)截距是否相同的檢驗(yàn)(indicator intercept invariant)，即檢驗(yàn) τg1= τg2。

②因子均值等同檢驗(yàn)

因子均值等同是對各組因子均值是否相同的檢驗(yàn)，即檢驗(yàn) κg1=κg2。

檢驗(yàn)各組對應(yīng)因子均值是否相同，是均值結(jié)構(gòu)方程模型主要研究的內(nèi)容，也是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)主要分析的結(jié)果。如果第一階段各種等同性(主要指因子載荷等同)檢驗(yàn)步驟不能通過，將會(huì)使各組因子失去可比性，因而不能進(jìn)行各組因子均值的檢驗(yàn)。對于均值結(jié)構(gòu)模型多組比較，在進(jìn)行研究時(shí)，首先要做第一階段分析的檢驗(yàn)，然后研究者可以根據(jù)研究的問題，對所檢驗(yàn)的項(xiàng)目進(jìn)行自由組合。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，第一階段分析的檢驗(yàn)并不是全部都要進(jìn)行，只要在確定基準(zhǔn)模型后通過了因子載荷等同檢驗(yàn)，就可以進(jìn)行問題的研究。

在進(jìn)行多組比較時(shí)，如果整體上拒絕了原假設(shè)，說明組間均值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，接下來可以進(jìn)行多重比較，即比較每兩組間因子均值差異，這與傳統(tǒng)的方差分析相類似。因子均值多重比較也屬于這類事后(post hoc)比較，其方法與方差分析的事后比較一樣，需要調(diào)整檢驗(yàn)水準(zhǔn)來控制I型錯(cuò)誤〔2-4〕。

實(shí)例分析

為了說明結(jié)構(gòu)方程模型等同性在多組比較中的應(yīng)用，采用2008年某醫(yī)院關(guān)于抑郁癥臨床研究中特質(zhì)應(yīng)對方式問卷(TCSQ)調(diào)查量表數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析。TCSQ包括構(gòu)念消極應(yīng)對(NC)、積極應(yīng)對(PC)2個(gè)維度和20個(gè)條目(TCSQ1～TCSQ20，見表1)。對病人和正常人采用病例-對照進(jìn)行分組比較，調(diào)查對象共801例，其中病例組395例，對照組406例。將調(diào)查資料檢查、核實(shí)后用ACCESS建立數(shù)據(jù)庫，對量表的個(gè)別條目進(jìn)行處理，利用SPSS13.0對TCSQ問卷存在的缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行缺失值估計(jì)。

由量表結(jié)構(gòu)可以建立如下的均值結(jié)構(gòu)方程：

式中i指NC各條目，g=0、1表示對照組、病例組，ξ1表示潛變量消極應(yīng)對(NC)。

式中j指PC各條目，g=0、1表示對照組、病例組，ξ2表示潛變量積極應(yīng)對(PC)。

首先利用LISREL 8.53編寫程序進(jìn)行第一階段各種等同性的分析。包括確定基準(zhǔn)模型，因子載荷等同、因子方差/協(xié)方差等同、誤差方差等同等一系列檢驗(yàn)，各分析模型的擬合指數(shù)見表2〔5-7〕。

表2 病例-對照組測量模型各模型的擬合指數(shù)

在增加限制的時(shí)候，通常情況下是整套因子載荷、方差/協(xié)方差或其他等同同時(shí)限制為相同。如果發(fā)現(xiàn)模型擬合優(yōu)度變差時(shí)，就要設(shè)法找到那些導(dǎo)致模型擬合變壞嚴(yán)重的參數(shù)，從而掌握各組產(chǎn)生差異的原因。

接著進(jìn)行第二階段等同性檢驗(yàn)，首先進(jìn)行兩組因子載荷、因子協(xié)方差、截距等同的限制(見表2MBD6)，擬合情況十分理想。最后進(jìn)行因子載荷、截距等同、因子均值自由的檢驗(yàn)(見表2MBD7)，結(jié)果顯示擬合情況很好。

由LISREL程序結(jié)果顯示病例組的因子均值(KAPPA)消極應(yīng)對(NC)、積極應(yīng)對(PC)與對照組的因子均值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表3。

表3 KAPPA(病例組)

由表3可知，病例組消極應(yīng)對因子均值均低于正常對照組，積極應(yīng)對因子均值高于正常對照組(P＜0.001)。

討 論

1.關(guān)于基準(zhǔn)模型

模型的形式可能會(huì)因?yàn)橐韵略蚨煌?1)各組模型所含因子不同;(2)各組所含因子相同，但同一潛變量所屬層次會(huì)不一樣。以病例和對照兩組比較為例，假設(shè)MB是病例組擬合最佳模型，MD是對照組擬合最佳模型，而MT是研究者預(yù)先設(shè)定好的能符合病例和對照兩組的共同模型，MT的選擇要同時(shí)兼顧并盡量擬合兩組，所以用MT擬合病例組數(shù)據(jù)時(shí)比MB差;同理，用MT擬合對照組數(shù)據(jù)時(shí)也比MD差。但只要這種差別不大，就可以認(rèn)為病例與對照兩組都可以用同一個(gè)模型去描述。

在多組比較的一系列模型檢驗(yàn)當(dāng)中，進(jìn)行模型的形式相同檢驗(yàn)是最基本的要求。如果MT對兩組已經(jīng)擬合不好，再加上其他等同性限制(如兩組的因子載荷相同)，模型擬合會(huì)更差。再者，由于MT比MB和MD的擬合都差，所以如果MB或MD已經(jīng)擬合不好的話，則不宜做進(jìn)一步的多組比較。

2.部分等同模型的比較

增加因子載荷的等同性限制后，若模型的擬合指數(shù)變壞，有些學(xué)者認(rèn)為不應(yīng)該再進(jìn)行其他等同的檢驗(yàn)，對于組間均值差異也不應(yīng)再進(jìn)行比較。但是也有些學(xué)者會(huì)設(shè)法找到那些不相等的因子載荷，允許這些載荷在各組自由估計(jì)，進(jìn)而用這些部分測量等同(partial metric invariance)的模型作進(jìn)一步的多組比較。關(guān)于部分測量等同模型能否繼續(xù)做組間的均值差異比較，Vandenberg和Lance建議在下面的情況下才可以：(1)只允許極少數(shù)題目在兩組的載荷不相同;(2)要有充分的理論依據(jù)支持;(3)在不同樣本得出相同結(jié)果〔3〕。

3.等同性的統(tǒng)計(jì)學(xué)與實(shí)際意義

結(jié)構(gòu)方程模型的等同性最大的特點(diǎn)是對測量工具(如問卷)在進(jìn)行比較的各組中是否有可比性，即檢驗(yàn)了測量工具在各組是否都適用，檢驗(yàn)多組比較的結(jié)果是建立在相同的結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上來說，與方差分析相比較，是對分組比較方法最大的進(jìn)步。另外，從實(shí)際研究角度看，利用等同性找到了組間相同參數(shù)，使組間差異體現(xiàn)得更加精確與可靠。

總之，結(jié)構(gòu)方程模型的多組比較除了調(diào)整測量誤差外，還克服了方差分析不能對測量工具進(jìn)行等同性檢驗(yàn)的缺點(diǎn)，使多組比較的分析結(jié)果更能充分體現(xiàn)客觀實(shí)際，結(jié)論更加合理。

1.廖福挺著，高勇譯.分組比較的統(tǒng)計(jì)分析.重慶大學(xué)出版社，2007：97-124.

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3.Vandenberg，Lance.A review and synthesis of the measurement invariance literature：Suggestions，practices，and recommendations for organizational research.Organizational Research Methods，2000，3(1)：4-70.

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Test of M easurement Invariance for Structure Equation M odel and its App lication in M ultip le Com parison Studies

WuShu-qin，ZhangYanbo．ShanxiMedicalUniversity(030001)，Taiyuan．

Objective To illustrate the necessity and importance ofmeasurement invariance test for structure equationmodel inmultiple comparison studies.MethodsTrait Coping Style Questionnaire(TCSQ)data in depression case-control study were analyzed and LISREL was used to test invariance and estimate parameter.ResultsMeasurement invariance test verified that TCSQ questionnaire had invariance in case and control group of depression data.ConclusionMeasurement invariance should be tested first，then analyzed latent mean structure in multi-group comparison for questionnaire data.The results were more reliable in this precondition.

Structure equation models;Invariance;Multiple comparison;Latentmeans