形式陈述
对个体 ,记进入时间为 ,真实事件时间为 ,删失时间为 ,观察终点 ,事件指示 。采用左开右闭观察区间 ,定义
在已观察到的事件时刻跳一; 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 。在共同时间轴上,风险集为 。
令 表示时刻 前已知的全部历史。乘性强度模型假设 与协变量是可预测过程,并有
在相应可积性条件下, 是鞅公理库连续时间鞅Continuous-time martingale在连续时间滤过下适应且逐时可积,并满足任意早晚时刻条件均值恒等式的过程。。严谨地说,等式左边以补偿测度解释;写成 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
像累计记账,事件留下永久的一笔。 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 进入, 故障;B 在 进入, 删失;C 在 进入, 故障;D 在 进入, 删失。则 ,。D 在时间 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 ,则至时间 ,A、B、C、D 的暴露时长分别是 。总补偿量为 ,总事件数为 ,所以总鞅残差在这条实际样本路径上的值是 。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 估计公理库生存分析基础Survival analysis · Kaplan–Meier estimator对事件时间、删失、survival 与 hazard 建模并估计生存曲线的基础框架。。若所有在险者共享风险率, 的条件均值近似为 。本例两个事件贡献 和 。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 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 模型公理库Cox 比例风险模型与部分似然Cox proportional hazards model · Cox partial likelihood通过事件时刻的风险集比较消去未知基线风险,推导 Cox 部分似然、得分和解释边界。对 使用乘性协变量效应,Aalen 模型公理库Aalen 加性风险模型Aalen additive hazards model用风险集中的线性估计方程累加时间变化的风险差系数,并检查秩与非负风险边界。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。