POLI 205

profileBoomer18
Tokunaga_Ch10LectureNotes.pdf

4/5/2018

1

Chapter 10: Errors in Hypothesis

Testing, Statistical Power, and Effect

Size

Decision‐Making Errors • A review

– Within hypothesis testing, we rely on  probability to decide whether or not to  reject the null hypothesis

– Because the decision is based on  probability, not certainty, it’s possible that  the decision about the null hypothesis may  be correct or incorrect

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

2

Decision‐Making Errors

• A research scenario – Polygraph tests attempt to measure  psychophysiological responses to relevant  and irrelevant questions about a crime

– 68 suspects interrogated with polygraph, • 30 later confessed to the crime

• How accurate was the polygraph?

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Decision‐Making Errors

Polygraph decision

Not guilty Guilty

Suspect actuality

Innocent

1

Correct  decision

2

Incorrect  decision

Guilty 

3

Incorrect decision

4

Correct  decision

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

3

Decision‐Making Errors:  Elaad et al. (1992)

Polygraph decision

Not guilty Guilty

Suspect actuality

Innocent

1

37

2

1

Guilty 

3

14

4

16

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

• The previous example illustrates the  errors that can be made in hypothesis  testing

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Decision about H0 Do not reject Reject

Reality in  Population

H0 is true

1

Correct decision

2

Type I error

H1 is true

3

Type II error

4

Correct decision

4/5/2018

4

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

• Type I error – The null hypothesis is true, but we reject it  and conclude that an effect exists.

– Probability of making a Type I error • p(Type I error) =  •  = .05, so a 5% chance of concluding an effect  exists when it doesn’t 

• p(not making Type I error) = 1 ‐  • 95% chance of not making a Type I error

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

• Why is Type I error a concern? – Saying an effect exists when it doesn’t  communicates false information

• Imagine a drug‐trial in which there was no  improvement in depression, but the  researchers claimed there was.

• What would the consequences be?

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

5

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

• Why does Type I error occur? – These errors occur due to chance factors  and fluctuations in sampling

– The only way to completely avoid Type I  errors is to never reject the null hypothesis  regardless of the evidence against it

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

• Type II error – The null hypothesis is false, but we fail to  reject it and conclude that no effect exists

– Probability of making a Type II error • p(Type II error) =  •  is difficult to determine, be cause we  frequently don’t know true population values

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

6

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

– Probability of not making a Type II  error

• p(not making a Type II error) = 1 ‐  • Statistical power = 1 ‐  • Power is the ability to detect an effect  when it does exist in the population

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

• Why is Type II error a concern? – It may result in a non‐communication of  correct information

• If a researcher believes no effect exists, she may  be less likely to attempt to publish the research

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

7

Two Errors in Hypothesis Testing:  Type I and Type II Error

• Why does Type II error occur? – Chance fluctuations

– Small effects that are difficult to detect

– Research design issues

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Type I and Type II Error: A Summary

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Decision about H0

Do not reject Reject

Reality in  Population

H0 is true

1

Correct decision p = 1 ‐ 

2

Type I error p = 

H1 is true

3

Type II error p = 

4

Correct decision p = 1 - 

Statistical power

4/5/2018

8

Controlling Type I and Type II Error

• Controlling Type I error: Make it more  difficult to reject H0 – Lower  (i.e., .05 to .01)

– However, a more stringent  also increases  the probability of making a Type II error

• The more difficult we make it to reject H0, the  more likely we are to miss effects that actually  exist.

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Controlling Type I and Type II Error

• Controlling Type II error: Make it more  likely to reject H0 – Increase sample size

• Larger sample size yields lower critical values

– Raise  (i.e., .05 to .10) • However, this increases p(Type I error)

– Use directional alternative hypothesis (H1)

– Increase between‐group variability • Maximize differences between groups by using  effective experimental manipulations

– Decrease within‐group variability Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

9

Measures of Effect Size

• Influence of sample size on inferential  statistics – Sample size influences the decision to  reject H0, and affects the conclusions we  draw

– The larger the sample size, the  more likely  we are to reject H0, even if the means of  the samples are the same

– We want large sample sizes to be confident  in our conclusions, but it would be helpful  to have a gauge not reliant on sample size

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Measures of Effect Size

• Effect size as variance accounted for – Variance is the amount of variability in a set  of scores for a variable

– Researchers attempt to understand,  describe, predict, and explain variance  (differences)

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

10

Measures of Effect Size: Difference  Between Two Sample Means

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

• r squared (r2) : percentage of variance  in one variable accounted for by  another variable

Measures of Effect Size: Difference  Between Two Sample Means

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

11

Measures of Effect Size: Difference  Between Two Sample Means

• Interpreting measures of effect size – Cohen (1988)

• “Small" effect produces r2 of .01

• “Medium" effect produces r2 of .06

• “Large" effect produces r2 of .15 or greater

• Presented with results of inferential  statistics as a supplemental piece of  information

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Measures of Effect Size: Difference  Between Two Sample Means

• Why calculate measure of effect size? – Unaffected by sample size

– Range from 0.00 to 1.00, and allow for  comparisons across samples and studies

– Aids in interpretation of results: • A significant result may be of small ‘practical  significance’

• Non‐significant results can be better understood  with effect size comparisons

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

12

• Cohen’s d: magnitude of difference  between means of two groups  measured in standard deviation units

− How different are two group means from  one another?

Measures of Effect Size: Difference  Between Two Sample Means

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Measures of Effect Size: Difference  Between Two Sample Means

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

4/5/2018

13

Measures of Effect Size: Difference  Between Two Sample Means

• Interpreting Cohen’s d – “Small" effect produces Cohen’s dof .20

– “Medium" effect produces Cohen’s dof .50

– “Large" effect produces Cohen’s dof .80 or  greater.

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016

Looking Ahead • This chapter discussed decision‐making  errors and how to minimize them.  Although it is impossible to completely  eliminate them, it is important to  understand the consequences of making  these errors. 

• The next chapter discusses a statistical  procedure used to compare differences  between the means of three or more  groups that comprise one independent  variable.

Howard T. Tokunaga, Fundamental Statistics for the Social and Behavioral Sciences © SAGE Publications, 2016