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正態性檢驗(Shapiro–Wilk / K-S)

做 t 檢驗、方差分析之前,老師和審稿人常問「資料服從正態分佈嗎」。把一列或幾列資料從 Excel、SPSS 貼上進來,馬上得到 Shapiro–Wilk 和 K-S 兩種檢驗、偏度峰度,以及直方圖和 Q-Q 圖,一次看清。

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每個變數(或每組)一列,從 Excel、SPSS 貼上;第一行可以寫變數名。

正態性檢驗

變數nShapiro–Wilk Wp 值K-S Dp 值結論
A150.8790.04600.1810.2062不服從正態分佈(p < 0.05)
B150.9941.00000.0760.9995可以認為服從正態分佈

結論按 Shapiro–Wilk 判斷,大多數樣本量下它比 K-S 檢驗更靈敏。SPSS 裡 K-S 的 p 大於 0.2 時顯示為「.200*」。

描述統計

變數平均數標準差中位數偏度標準誤峰度標準誤
A3.741.6633.31.3340.581.5421.121
B10.2531.12110.2-0.0390.58-0.2981.121

正態分佈的偏度和峰度都是 0。偏離 0 超過約兩倍標準誤,說明資料偏斜或尾部偏厚。

論文寫法W(15) = 0.879, p = .046
1.97.9
直方圖和擬合的正態曲線
理論分位數觀測值
正態 Q-Q 圖:點貼近直線說明大致正態

Shapiro–Wilk 與 R 的 shapiro.test() 和 SPSS 一致(3~5000 個數);K-S 用 Lilliefors 校正,同 SPSS。樣本很大時一點點偏離也會顯著,要結合 Q-Q 圖看。

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使用步驟

  1. 每個變數或每組資料一列,貼上進來;第一行可以寫名稱。
  2. 看「正態性檢驗」表:Shapiro–Wilk 的 p ≥ 0.05,可以認為服從正態分佈。
  3. 再看偏度、峰度和 Q-Q 圖,點大致落在直線上為好。
  4. 方差分析要每組分別檢驗,所以每組放一列。

引數說明

Shapiro–Wilk
適合 3~5000 個數,是檢驗正態性最常用、也比較靈敏的方法;W 越接近 1 越像正態分佈。
K-S(Lilliefors)
用樣本的平均數和標準差代替總體值,所以要做 Lilliefors 校正;SPSS「探索」裡的 K-S 就是這種。
偏度和峰度
正態分佈都是 0。偏度為正說明右邊拖尾,峰度為正說明尾部比正態厚。偏離 0 超過兩倍標準誤,可以認為不對稱或尾部偏厚。

示例

預設資料有兩列,每列 15 個數:

變數 Shapiro–Wilk W p K-S D p 偏度 峰度
A 0.879 0.046 0.181 0.206 1.33(標準誤 0.58) 1.54(標準誤 1.12)
B 0.994 1.000 0.076 1.000 −0.04 −0.30

A 列的 Shapiro–Wilk p = 0.046 < 0.05,不服從正態分佈;偏度 1.33 超過兩倍標準誤,右邊拖尾(有一個 7.9 明顯偏大),Q-Q 圖右上角的點翹離直線。K-S 檢驗 p = 0.21,沒檢出來,這正是 K-S 比較保守的例子。B 列各項都接近正態。

論文寫法:W(15) = 0.879, p = .046。

常見問題

兩種檢驗結論不一樣,聽哪個?

一般以 Shapiro–Wilk 為準,它在大多數樣本量下更靈敏。K-S 檢驗比較保守,容易得出「正態」。

樣本很大,一點點偏離就顯著了?

是的。幾百個資料時,檢驗對很小的偏離也敏感,而 t 檢驗、方差分析在大樣本下對非正態本來就比較穩健。這時更多看 Q-Q 圖和偏度峰度。

不服從正態分佈怎麼辦?

樣本較小又明顯偏態時,改用非引數檢驗:兩組用 Mann–Whitney U,配對用 Wilcoxon 符號秩,多組用 Kruskal–Wallis;也可以先做對數變換再檢驗。

迴歸分析要檢驗哪個的正態性?

檢驗殘差,不是原始變數。把迴歸計算器算出的殘差貼上過來檢驗。

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