POLI 205

profileBoomer18
Tokunaga_Ch14topost.pdf

12/20/2018

1

Chapter 14: Chi-Square

Introduction to the Chi‐Square Statistic

• In Chapters 9, the research situations  consisted of categorical IV(s) and  continuous DV

• In this chapter, we discuss research  situations where all of the variables are  categorical

• In Chapter 13, we discuss research  situations where both the IV and DV were  continuous

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

12/20/2018

2

• Chi‐square addresses the question,

– Are the frequencies observed in a sample  significantly different from frequencies we  expect?

– Expected frequencies may come from  • Previous theory or research

• Assumption of equal distributions among the  categories

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

Introduction to the Chi‐Square Statistic

• Characteristics of the 2 distribution – Shape of distribution differs depending on df

– Because it’s based on (fo – fe) 2 , 2 is always a 

positive number

– 2 distribution is positively skewed 

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

Introduction to the Chi‐Square Statistic

12/20/2018

3

• Assumptions of the 2 distribution – Independence of observations

• No observation may be in more than one category

– Minimum expected frequencies • none of the expected frequencies should be zero (0)

• most if not all of the expected frequencies should  be > 5

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

Introduction to the Chi‐Square Statistic

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

• Calculate a statistic: Chi‐square (2) ‐ Calculate expected frequencies (fe)

fe = (hypothesized proportion) (N)

‐ Calculate the 2 statistic 

12/20/2018

4

• An example: Researchers categorized  participants into one of four personality  types

– Alphas (extraverted and norm‐favoring)

– Betas (introverted and norm‐favoring)

– Gammas (extraverted and norm‐questioning)

– Deltas (introverted and norm‐questioning)

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

Introduction to the Chi‐Square Statistic

• Are the four personality types equally  observed in a sample of 588 students?

Introduction to the Chi‐Square Statistic

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

12/20/2018

5

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

• When we have one categorical variable,  we test the differences between the  observed and expected frequencies  using the chi‐square goodness of fit test 

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

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

Introduction to the Chi‐Square Statistic

12/20/2018

6

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

Introduction to the Chi‐Square Statistic

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

Introduction to the Chi‐Square Statistic

12/20/2018

7

• State the null and alternative hypotheses  (H0 and H1)

– H0: distribution of observed frequencies  fits the distribution of expected  frequencies

– H1: distribution of observed frequencies  does not fit the distribution of expected  frequencies

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

• Make a decision about the null hypothesis – Calculate the degrees of freedom (df)

– Set alpha (α), identify the critical value, and  state a decision rule

– Calculate a statistic:  Chi‐square (2) – Make a decision whether to reject the null  hypothesis

– Determine the level of significance; and

– Calculate a measure of effect size (Cramér's )

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

12/20/2018

8

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

– Calculate the degrees of freedom (df)

df =  # groups – 1

df = # groups – 1

= 4 – 1

= 3

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

– Set alpha (α), identify the critical value, and  state a decision rule

• For  = .05 and df = 3, critical value = 7.81 • If 2 > 7.81, reject H0; otherwise, do not reject H0

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

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

12/20/2018

9

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

• Calculate a statistic: Chi‐square (2) ‐ Calculate expected frequencies (fe)

fe = (hypothesized proportion) (N)

‐ Calculate the 2 statistic 

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

12/20/2018

10

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

Make a decision whether to reject the null  hypothesis

‐ 2 = 166.74 > 7.81  reject H0 (p < .05)

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

12/20/2018

11

– Determine the level of significance

– 2 = 166.74 > 11.34  p < .01

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

12/20/2018

12

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

• Draw a conclusion from the analysis – The distribution of the four personality  types in the sample of 588 students (Alpha  (f = 251 (42.7%)), Beta (f = 65 (11.0%)),  Gamma (f = 194 (33.0%)), Delta (f = 78  (13.3%)) was significantly different from the  CPI developers’ expected distribution of f =  147 (25%) for each of the four types, 2(3,  N = 588) = 166.74, p < .01,  = .30.

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

12/20/2018

13

• Relate the result of the analysis to the  research hypothesis

– The result of this analysis supports the  research hypothesis that the distribution of  personality types among college students  does not match or fit the distribution in the  population proposed by the developers of  the CPI.

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

• What about situations with unequal  expected frequencies? 

– Based on previous research, what if we  expected the following?

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

12/20/2018

14

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Goodness of Fit Test

12/20/2018

15

• The chi‐square test for independence  allows us to test two nominal variables

• Research example – Children were presented a picture of either  an angry or happy face, then given the  opportunity to select a toy of a different  color (red, green, or gray).  Each child’s  color preference was recorded

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

• Contingency table

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

12/20/2018

16

• Bar chart

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

• State the null and alternative hypotheses  (H0 and H1)

– H0: the two variables are independent (i.e.,  there is no relationship between the two  variables)

– H1: the two variables are not independent  (i.e., there is a relationship between the two  variables)

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

12/20/2018

17

• Make a decision about the null hypothesis – Calculate the degrees of freedom (df)

– Set alpha (α), identify the critical value, and  state a decision rule

– Calculate a statistic:  Chi‐square (2) – Make a decision whether to reject the null  hypothesis

– Determine the level of significance; and

– Calculate a measure of effect size (Cramér's )

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

– Calculate the degrees of freedom (df)

df =  (# rows – 1)(# columns – 1)

df = (# rows – 1)(# columns – 1)

= (3 – 1)(2 – 1)   =  (2)(1)

=  2

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

12/20/2018

18

– Set alpha (α), identify the critical value,  and state a decision rule

‐ For  = .05 and df = 2, critical value = 5.99 ‐ If  2 > 5.99, reject H0; otherwise, do not  reject H0

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

• Calculate a statistic: Chi‐square (2) − Calculate expected frequencies

12/20/2018

19

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

• Calculate a statistic: Chi‐square (2) − Calculate the chi‐square statistic

12/20/2018

20

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

– Make a decision whether to reject the null  hypothesis

• 2 = 8.24 > 5.99  reject H0 (p < .05)

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

12/20/2018

21

– Determine the level of significance • 2 = 8.24 < 9.21  p < .05 (but not < .01)

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

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

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

12/20/2018

22

• Draw a conclusion from the analysis – The frequencies representing the color  preferences (red, green, or gray) of 40  infants shown either a happy or angry face  were analyzed using the chi‐square test of  independence.  This analysis found a  significant relationship between Toy color  and Face such that the distribution of the  three toy colors is different for infants  shown the happy face versus the angry  face, 2(2, N = 40) = 8.24, p < .05,  = .46.

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

• Relate the result of the analysis to the  research hypothesis

– “Our findings indicate that infants’  preference for red changes with the  context in which it is presented.   Specifically, in a hospitable context, red is  preferred, whereas in a hostile context, red  is not preferred” (Maier et al 2009, p. 737).

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

Inferential Statistics: Chi‐Square Test of Independence

12/20/2018

23

Parametric and Nonparametric  Statistical Tests

Parametric Tests

• Assumptions: – Tests used to  estimate  population  parameters

– Populations based  on normal  distributions

– Samples also  normally  distributed

Nonparametric Tests

• Features:

– Not estimating  population  parameters

– No assumption of  normality

– “distribution free”

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

• Why use nonparametric tests? – Data are either nominal or ordinal in  measurement type

– Data are interval or ratio level, but are not  normally distributed

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

Parametric and Nonparametric  Statistical Tests

12/20/2018

24

Looking Ahead

• This chapter examined research  situations in which all of the variables in  the research studies were categorical in  nature. 

• Next: Chapter 13 and Ordinary Least  Squares regression for continuous  variables.

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