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定义Definition

生存分析的计数过程模型

Multiplicative intensity model

用风险指示、计数过程和补偿量把延迟进入与右删失纳入同一事件强度模型。

形式陈述 ​

对个体 i,记进入时间为 Li,真实事件时间为 Ti,删失时间为 Ci,观察终点 Xi=min(Ti,Ci),事件指示 δi=1{Ti≤Ci}。采用左开右闭观察区间 (Li,Xi],定义

Ni(t)=1{Xi≤t,δi=1},Yi(t)=1{Li<t≤Xi}.

Ni 在已观察到的事件时刻跳一;Yi 是事件发生前的在险指示。实际研究还须限定个体确实进入样本,即 Li<Xi。在共同时间轴上,风险集为 R(t)={i:Yi(t)=1}。

令 Ft− 表示时刻 t 前已知的全部历史。乘性强度模型假设 Yi 与协变量是可预测过程,并有

E[dNi(t)∣Ft−]=Yi(t)λi(t)dt,Mi(t)=Ni(t)−∫0tYi(u)λi(u)du.

在相应可积性条件下,Mi 是鞅。严谨地说,等式左边以补偿测度解释;写成 dt 假定补偿量对时间绝对连续。若事件在固定日期可能成批发生,应改用含跳跃的补偿量,不能硬套连续风险率。

关键条件是:在所采用的历史信息下,进入和删失后留下的人仍服从声称的事件强度。给定协变量的独立删失是常用充分条件;左截断还需要合适的独立进入条件。鞅性质来自这个观测模型,不是把任何“观察数减预测数”相减都能得到。

直觉:一条计数线和一扇风险窗 ​

Ni 像累计记账,事件留下永久的一笔。Yi 像开关,只在正在观察且尚未发生终点时打开。补偿量则把开关打开期间预期发生的事件一点点累加。因而失访会关闭开关,却不会在账上增加一次事件。

图中的观察窗口采用 (进入,退出]:进入时刻本身尚未计入,事件则计入退出前的风险集。两条竖向色带标出下一节计算的事件时刻。

直觉

随访表里有进入时间、事件和失访,怎样把它们放进同一个概率模型,又不把“尚未被观察”误当成“没有发生事件”?计数过程的做法是把两件事分开记录:已经看到多少次事件,以及此刻谁有资格贡献一次事件。

例子与边界

逐步例子 ​

考虑四台设备,以安装后的时间为共同尺度:A 在 0 进入,2 故障;B 在 0 进入,3 删失;C 在 1 进入,4 故障;D 在 3 进入,5 删失。则 R(2)={A,B,C},R(4)={C,D}。D 在时间 2 还没进入,不能帮助分摊 A 的故障风险。

若四台设备在观察期间都有常数风险 λ=0.2,则至时间 4,A、B、C、D 的暴露时长分别是 2,3,3,1。总补偿量为 0.2(2+3+3+1)=1.8,总事件数为 2,所以总鞅残差在这条实际样本路径上的值是 0.2。鞅的条件均值增量为零,不要求每条路径的残差都为零。

相同表示还能解释Nelson–Aalen 估计。若所有在险者共享风险率,dN⋅/Y⋅ 的条件均值近似为 λdt。本例两个事件贡献 1/3 和 1/2。这里的重点是分母为何正确,而非重新定义乘积极限估计。

边界与检查 ​

假设检查时能提前知道一台设备即将故障,并因此把它移出观察。此时删失开关携带未纳入模型的故障信息,仍在险设备的风险不再代表原总体。写出 Yi 能准确描述资料,却不能自动恢复独立删失。

时间变化协变量只能使用事件前已知值。例如用“以后是否接受维修”给整段历史分组,会把未来信息放进现在的强度。把记录拆成多行也没有增加独立个体数;重复事件或同一对象的多段资料,推断时必须保留对象内依赖。

推论与应用

这一语言把风险集的构造与回归形式分开。Cox 模型对 λi 使用乘性协变量效应,Aalen 模型使用加性效应。更换回归形式之前,应先检查观察窗口、事件编码和时间尺度;这些错误会同时污染两种模型。

参考资料
  • Andersen and Gill, Cox's Regression Model for Counting Processes: A Large Sample Study, 1981 preprint; published in Annals of Statistics 10, 1982, pp. 1100–1120,计数过程模型与可预测协变量。
  • Andersen, Borgan, Gill and Keiding, Statistical Models Based on Counting Processes, Springer, 1993, Chapters II–III,补偿量、过滤及生存资料的观测过程。
关系图谱11 个相邻概念 · 1 类关系

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