Skip to content

模型Model

重随机化设计

Rerandomization design · Covariate-balance rerandomization

在处理前固定协变量平衡规则,对原分配分布按接受事件条件化,证明补集对称下的无偏性,并按受限支持集重新校准检验。

第一次抽签可能把协变量高值全分到处理组。重随机化允许预先规定:这样的分配不接受,重新抽一次。真正定义设计的不是“再抽得平衡一点”这句话,而是明确的接受集合及其诱导的概率分布。

形式陈述 ​

将接受规则变成一个条件分布 ​

固定处理前协变量表 X,将原抽签写成有限分配设计:支持集为 Ω,概率为 π(z)。在看分配结果和处理后结果之前,指定规则 aX(z)∈{0,1},并要求

pA=∑z∈Ωπ(z)aX(z)>0.

每轮从原设计独立抽签,只保留首个通过者。最终分配的概率为

πA(z)=Pr(Z=z∣aX(Z)=1)=π(z)aX(z)pA.

这正是正概率事件条件化。若原设计等权,最终在接受集合 ΩA={z:aX(z)=1} 上等权;若原设计不等权,接受后也不能擅自改成等权。

在平衡的完全随机设计中,N 为偶数、两臂各 N/2 人。若接受规则满足补集对称

aX(z)=aX(1−z),

则最终每个单位被处理的边缘概率仍为 1/2,观察均值差对这 N 人的平均效应无偏。这一结论允许任意固定潜在结果和个体效应异质性。

针对尖锐零假设,使用Fisher 检验,但把原概率 π 替换为 πA,只在接受集合内计算尾部。这样仍有有限样本第一类错误控制。

直觉

拒绝再抽签与条件化是同一个分布 ​

某个接受分配 z 第一次在第 k 轮出现并结束的概率是 (1−pA)k−1π(z)。对所有 k≥1 相加,得到 π(z)/pA。这既证明最终分布,也给出抽签次数的期望 1/pA。

补集对称则将每个接受分配与交换两臂后的分配一一配对,且二者权重相同。因此 EZi=E(1−Zi)=1/2。分母固定为 N/2,所以

Eτ^=2N∑i{12Yi(1)−12Yi(0)}=1N∑i{Yi(1)−Yi(0)}.

这证明无偏性,不证明各单位处理指标独立,也不保留完全随机化原来的协方差。事实上,改变联合分配结构正是这个设计发挥作用的方式。

例子与边界

四人中剔除两份最不平衡的分配 ​

取协变量 x=(−2,−1,1,2),完全随机选两人处理。接受规则是处理与对照协变量均值差的绝对值不超过一。

处理组 协变量均值差 是否接受
1、2 −3 否
1、3 −1 是
1、4 0 是
2、3 0 是
2、4 1 是
3、4 3 否

最终每个保留分配概率为 1/4,接受概率为 2/3,平均需抽 3/2 次。每个单位都出现在两个保留处理组中,所以边缘概率为一半;这是可以逐项核对的补集对称。

若某次无效应检验中的固定结果为 (0,1,2,6),实际处理组为1、3,绝对结果均值差为 5/2。在四份接受分配里,统计量为 5/2,3/2,3/2,5/2,故 p 值为 1/2。若错误加入已经不可能发生的1、2与3、4,两项统计量均为 7/2,会得到另一数值 2/3。正确检验应复现已经执行的抽签。

图中灰色两份已不可能产生,不能继续给它们尾部权重;红色两份各占条件概率四分之一,所以正确 p 值为二分之一。

过紧平衡与不相关的结果变量 ​

把阈值进一步收紧为零,只剩1、4与2、3。两者互为补集,任何固定结果的绝对均值差都相同,双侧检验 p 值恒为一。平衡改善了,却可能让分配支持过小、检验无法细分证据。

协变量更平衡也不保证所有结果变量方差都下降。仍用阈值一的四份支持,令两栏结果都为 (0,1,0,1)。接受后均值差为 −1,0,0,1,方差 1/2;原六份分配另有两个零,方差为 1/3。当结果变化不沿着被平衡的协变量方向,条件化可以增加其波动。

仅在处理前决定,还不够保证均值差无偏 ​

考虑仍固定两人处理,却只接受“一号进入处理组”。即使这个规则完全预先确定,若两栏结果均为 (10,0,0,0),每次处理均值都是五、对照均值都是零,差恒为五,而真实效应为零。

这里缺少补集对称,一号甚至没有进入对照组的机会。对不等臂人数或非对称规则,必须重新计算边缘纳入概率和适当估计量;“重随机化”这个名称不会替代证明。尖锐检验仍可按真实支持校准,但无偏平均效应估计是另一项要求。

推论与应用

实现时保存接受规则,而不只保存随机种子 ​

对一维协变量,计算一次均值差需 O(N) 时间;对 d 维协变量逐坐标计算需 O(Nd)。朴素拒绝采样的期望计算量约为一次抽签及检查成本的 1/pA 倍,不提供确定的最大运行时界。若 pA=0,算法永远不会结束,必须在设计阶段检查非空性。

若设置最大尝试次数后改用无约束抽签,最终分布变成另一种混合;若根据已经看到的失败分配逐步放宽阈值,也不再是上述固定事件条件化。两种改动都要明确建模并同步改变推断,不能只保留原来的公式。

统计量可以另外进行协变量调整,但检验模拟仍应遵守已接受的设计。固定 pA 或接受标准、协变量的测量时间、最终分配记录和生成方法,足以让另一人重建支持。后续若要用 Neyman 完全随机方差,需先确认它的原分配协方差是否仍适用,而不是只查看两臂人数相等。

参考资料
关系图谱9 个相邻概念 · 2 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组
类型化关系