E9 — Teoria da informação e seleção de modelos
O encontro sobre a pergunta que vem depois de ajustar vários modelos — e sobre por que ela é mais perigosa do que parece.
Slides
Conteúdo
Bloco 1 — teoria da informação (3,5 h)
- Contexto — Akaike (1974), Burnham & Anderson (2002), e a virada de “testar hipóteses” para “comparar modelos”.
- Divergência de Kullback–Leibler — a distância entre o modelo e a realidade, e por que o AIC é uma estimativa dela.
- AIC, AICc e BIC — o que cada um penaliza, quando usar, e por que não se comparam modelos ajustados a conjuntos de dados diferentes.
- Pesos de Akaike e razões de evidência — como se leem, o que não dizem.
- Model averaging com
MuMIn::model.avg()— e as condições em que faz sentido. - Crítica ao garimpo — por que
dredge()sobre 20 preditoras não é análise, e o que fazer no lugar: conjunto de modelos definido a priori a partir de hipóteses biológicas. - Relato segundo Gerstner et al. (2017).
Bloco 2 — bayesiano (45 min)
- WAIC e PSIS-LOO com
loo::loo_compare(). - Quando LOO é preferível a AIC em modelos hierárquicos.
- Fecho — Burnham & Anderson versus Gelman, Hill & Vehtari: não selecionar, mediar.
Dados
RoadKills.txt— anfíbios atropelados em 52 segmentos da IP2, sul de Portugal (Ascensão & Mira 2005). O mesmo conjunto do Encontro 1; aqui ele vira o conjunto de modelos definidos a priori, e também a demonstração do VIF iterativo nas 17 preditoras de paisagem.
Exercícios extras no swirl
Opcional, em português, no console. A instalação está em Instalação › swirl.
- Sobreajuste e Subajuste — as duas metades do problema deste encontro, e sem mencionar AIC uma única vez. A lição simula com
simbias()para mostrar que omitir uma preditora correlacionada enviesa o coeficiente que sobra, e que incluir preditoras a mais infla os erros-padrão sem enviesar nada; depois compara modelos aninhados comanova(fit1, fit3)e reconstrói a estatística F à mão, a partir das deviances. Ver esse par de custos isolado do critério de informação ajuda a entender o que o AIC está tentando equilibrar quando ele aparece no bloco 1. - Fatores de Inflação da Variância — a lição anterior, se quiserem a metade “incluir demais” também por simulação.
Perto do fim, ela usa shapiro.test() nos resíduos para decidir sobre normalidade. Metade disso está certa: é no resíduo que a premissa se checa, não no dado bruto. A outra metade, não — teste de significância para checar premissa tem o problema de sempre: com \(n\) pequeno ele não detecta nada, e com \(n\) grande ele rejeita desvios irrelevantes. As duas metades são exatamente as duas perguntas de Kozak & Piepho (2018), que respondem a primeira a favor do resíduo e a segunda a favor do gráfico. Olhem o quantil-quantil, como fazemos no Encontro 2, e deixem o shapiro.test() no máximo como nota de rodapé — Shatz (2024) faz a mesma crítica por simulação e cita o Shapiro–Wilk pelo nome como exemplo do problema.
- Kozak, M. & Piepho, H.-P. 2018. What’s normal anyway? Residual plots are more telling than significance tests when checking ANOVA assumptions. Journal of Agronomy and Crop Science 204:86–98.
- Shatz, I. 2024. Assumption-checking rather than (just) testing: the importance of visualization and effect size in statistical diagnostics. Behavior Research Methods 56:826–845. Acesso aberto (CC BY 4.0).
Dá para ver isso acontecer: o teste de normalidade, ao vivo roda a simulação no navegador, sem instalar nada.
Leituras
Obrigatória
- Burnham, K.P. & Anderson, D.R. 2002. Model Selection and Multimodel Inference. 2ª ed. Springer. Caps. 2–4.
- Akaike, H. 1974. A new look at the statistical model identification. IEEE Transactions on Automatic Control 19:716–723. — o artigo original.
- Aho, K.; Derryberry, D. & Peterson, T. 2014. Model selection for ecologists: the worldviews of AIC and BIC. Ecology 95:631–636.
- Quinn, G.P. & Keough, M.J. 2023. Predictor Importance and Model Selection in Multiple Regression Models. Cap. 9 de Experimental Design and Data Analysis for Biologists, 2ª ed., p. 174–193. Cambridge University Press. — cobre este encontro quase slide a slide: a seção 9.1 é a importância relativa de preditoras, com coeficientes padronizados, LMG e partição hierárquica, e as recomendações em 9.1.3; a 9.2 traz os critérios, o stepwise tradicional (9.2.2), todos os subconjuntos (9.2.3), model averaging (9.2.4) e validação (9.2.5). O exemplo trabalhado é o conjunto de aves de Loyn, que já está em
dados/Loyn.txt.
Por que trabalhar com modelos
- Chamberlin, T.C. 1890. The method of multiple working hypotheses. Science ns-15:92–96. Reimpresso em 1897 no Journal of Geology 5:837–848.
- Platt, J.R. 1964. Strong inference. Science 146:347–353. — a strong inference: formular as alternativas, desenhar o teste que exclui pelo menos uma, repetir.
- Van Buskirk, J. 2005. Local and landscape influence on amphibian occurrence and abundance. Ecology 86:1936–1947. — o conjunto de modelos a priori que usamos como exemplo, cada um encarnando uma hipótese diferente.
- Hilborn, R. & Mangel, M. 1997. The Ecological Detective: Confronting Models with Data. Princeton University Press.
- Johnson, J.B. & Omland, K.S. 2004. Model selection in ecology and evolution. Trends in Ecology & Evolution 19:101–108.
- Hobbs, N.T. & Hilborn, R. 2006. Alternatives to statistical hypothesis testing in ecology: a guide to self teaching. Ecological Applications 16:5–19.
- Coelho, M.T.P.; Diniz-Filho, J.A.F. & Rangel, T.F. 2019. A parsimonious view of the parsimony principle in ecology and evolution. Ecography 42:968–976.
- Tredennick, A.T. et al. 2021. A practical guide to selecting models for exploration, inference, and prediction in ecology. Ecology 102:e03336.
De onde vem o ritual
- Fisher, R.A. 1925. Statistical Methods for Research Workers. Oliver & Boyd, Edimburgo. — a primeira metade do procedimento: uma hipótese só, o p como medida de discrepância, e o 0,05 apresentado como conveniência, não como regra.
- Neyman, J. & Pearson, E.S. 1928. On the use and interpretation of certain test criteria for purposes of statistical inference: Part I. Biometrika 20A:175–240. — a segunda metade: testar contra uma alternativa, por razão de verossimilhança. (A Parte II saiu no mesmo volume, p. 263–294.)
- Neyman, J. & Pearson, E.S. 1933. On the problem of the most efficient tests of statistical hypotheses. Philosophical Transactions of the Royal Society A 231:289–337. — aqui o arcabouço fica completo, com erro tipo I, erro tipo II e poder.
- Gigerenzer, G. 2004. Mindless statistics. The Journal of Socio-Economics 33:587–606. — o argumento de que o que se ensina como “o” teste de hipóteses é um híbrido das duas escolas, que nenhuma delas endossaria.
O que não fazer
- Anderson, D.R.; Burnham, K.P. & Thompson, W.L. 2000. Null hypothesis testing: problems, prevalence, and an alternative. The Journal of Wildlife Management 64:912–923.
- Anderson, D.R. & Burnham, K.P. 2002. Avoiding pitfalls when using information-theoretic methods. The Journal of Wildlife Management 66:912–918.
- Whittingham, M.J.; Stephens, P.A.; Bradbury, R.B. & Freckleton, R.P. 2006. Why do we still use stepwise modelling in ecology and behaviour? Journal of Animal Ecology 75:1182–1189.
- Galipaud, M.; Gillingham, M.A.F.; David, M. & Dechaume-Moncharmont, F.-X. 2014. Ecologists overestimate the importance of predictor variables in model averaging: a plea for cautious interpretations. Methods in Ecology and Evolution 5:983–991.
- Blanchet, F.G.; Legendre, P. & Borcard, D. 2008. Forward selection of explanatory variables. Ecology 89:2623–2632. — o forward que se defende, com teste global e duplo critério de parada.
- Mundry, R. & Nunn, C.L. 2009. Stepwise model fitting and statistical inference: turning noise into signal pollution. The American Naturalist 173:119–123.
- Freckleton, R.P. 2009. The seven deadly sins of comparative analysis. Journal of Evolutionary Biology 22:1367–1375.
- Mac Nally, R.; Duncan, R.P.; Thomson, J.R. & Yen, J.D.L. 2018. Model selection using information criteria, but is the ‘best’ model any good? Journal of Applied Ecology 55:1441–1444.
- Zuur, A.F.; Mira, A.; Carvalho, F.; Ieno, E.N.; Saveliev, A.A.; Smith, G.M. & Walker, N.J. 2009. Negative Binomial GAM and GAMM to Analyse Amphibian Roadkills. Em: Mixed Effects Models and Extensions in Ecology with R, p. 383–397. Springer. — a reanálise do nosso conjunto. Vale pelo percurso: VIF iterativo com corte em 3, descarte adicional de três preditoras por colinearidade não linear (que o VIF não detecta), e a admissão, no fim, de que ainda sobrava colinearidade no modelo.
Boas práticas
- Gelman, A.; Hill, J. & Vehtari, A. 2020. Regression and Other Stories. Cambridge University Press. — a seção 11.8 é validação cruzada, a 12.6 é construir e comparar modelos para predição, e o item B.6 dos dez conselhos do apêndice é, literalmente, “Fit many models”. É o contraponto amigável ao Burnham & Anderson: mesma recusa do modelo único, outro caminho.
- Popovic, G. et al. 2024. Four principles for improved statistical ecology. Methods in Ecology and Evolution 15:266–281.
- Gerstner, K. et al. 2017. Will your paper be used in a meta-analysis? Methods in Ecology and Evolution 8:777–784.
Bayesiano
- Gelman, A. et al. 2026. Bayesian Workflow. Chapman & Hall/CRC. Cap. 9, “Comparing and improving models”.
- Kurz, A.S. Statistical Rethinking recoded, capítulo “Ulysses’ Compass”.
Prática, para acompanhar
O roteiro do fim do deck, rodado nos dados do curso, com um take-home por item: exercicios/e09.R.
Recursos externos
- Model selection and model averaging — notas do Stat 5421 de Charles Geyer (Universidade de Minnesota).
- Model selection and model averaging — aula 9 do curso EEB313 (UofT Coders).