111 專技高考高等考試 公共衛生師 生物統計學 考古題詳解

111 年・專技高考・高等考試・公共衛生師
試題代碼 生物統計學

第 一 題20 分

某研究者欲探討某空氣污染物的濃度是否與某呼吸道疾病之急診就診人數有關,他在某醫院觀察了 10 天,得到資料如下:

天數12345678910
空氣污染物之濃度 XX721121181241371661481378799
呼吸道疾病之急診人數 YY419795123851281321143748

試計算:

(一)空氣污染物 XX 對於呼吸道疾病急診人數 YY 之迴歸方程式。(10 分)

(二)此迴歸方程式之決定係數,並說明其意義為何。(10 分)

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核心觀念

本題考簡單線性迴歸與決定係數。以空氣污染物濃度 XX 預測急診人數 YY,迴歸方程式為:

Y^=b0+b1X\hat{Y}=b_0+b_1X

其中斜率 b1b_1 表示 XX 每增加一單位時,預測的 YY 平均變化量;決定係數 R2R^2 表示迴歸模型可解釋的 YY 變異比例。

解題方法與計算

將 10 天的 XX、YY 資料視為一一對應的觀察值,先計算總和及離均差平方和、乘積和:

n=10,∑X=1200,∑Y=900n=10,\quad \sum X=1200,\quad \sum Y=900 ∑X2=151396,∑Y2=92946,∑XY=116296\sum X^2=151396,\quad \sum Y^2=92946,\quad \sum XY=116296

斜率為:

b1=∑XY−(∑X)(∑Y)n∑X2−(∑X)2n=116296−1200×90010151396−1200210=82967396≈1.122b_1= \frac{\sum XY-\frac{(\sum X)(\sum Y)}{n}} {\sum X^2-\frac{(\sum X)^2}{n}} = \frac{116296-\frac{1200\times900}{10}} {151396-\frac{1200^2}{10}} = \frac{8296}{7396} \approx 1.122

截距為:

b0=Yˉ−b1Xˉ=90−(1.121687)(120)≈−44.602b_0=\bar{Y}-b_1\bar{X} =90-(1.121687)(120) \approx -44.602

因此,空氣污染物濃度 XX 對急診人數 YY 的迴歸方程式為:

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第 二 題15 分

某研究者欲評估某藥劑在不同年齡層之症狀緩解時間長短,他在三個不同的年齡層各隨機抽取了 11 位男性(總樣本數:33 位),受訪者自述之症狀緩解時間如下:

  • 青年人:23±1223 \pm 12 分
  • 壯年人:27±1027 \pm 10 分
  • 中年人:31±831 \pm 8 分

試檢定三個年齡層之症狀緩解時間是否有差異(α=0.05\alpha=0.05)。(15 分)

已知:

F0.95,2,30=3.32F_{0.95,2,30}=3.32、F0.975,2,30=4.18F_{0.975,2,30}=4.18、F0.95,2,31=3.30F_{0.95,2,31}=3.30、F0.975,2,31=4.16F_{0.975,2,31}=4.16、

F0.95,3,30=2.92F_{0.95,3,30}=2.92、F0.975,3,30=3.59F_{0.975,3,30}=3.59、F0.95,3,31=2.91F_{0.95,3,31}=2.91、F0.975,3,31=3.57F_{0.975,3,31}=3.57。

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核心觀念

本題旨在評估三個獨立母體的平均數是否存在顯著差異,屬於**單因子變異數分析(One-way ANOVA, 完全隨機設計)**的典型計算題。

  1. 基本假設:
  • 常態性(Normality):各年齡層之母體症狀緩解時間服從常態分配。
  • 獨立性(Independence):各樣本皆為獨立隨機抽樣。
  • 同質變異數(Homoscedasticity):各年齡層之母體變異數相等,即 σ12=σ22=σ32=σ2\sigma_1^2 = \sigma_2^2 = \sigma_3^2 = \sigma^2。
  1. 核心公式:
  • 總樣本數:N=∑i=1kniN = \sum_{i=1}^k n_i
  • 總平均數:Xˉˉ=∑i=1kniXˉiN\bar{\bar{X}} = \frac{\sum_{i=1}^k n_i \bar{X}_i}{N}
  • 組間平方和(Between-group Sum of Squares): SSB=∑i=1kni(Xˉi−Xˉˉ)2,dfB=k−1SSB = \sum_{i=1}^k n_i (\bar{X}_i - \bar{\bar{X}})^2,\quad df_B = k - 1
  • 組內平方和(Within-group Sum of Squares): SSW=∑i=1k(ni−1)si2,dfW=N−kSSW = \sum_{i=1}^k (n_i - 1) s_i^2,\quad df_W = N - k
  • 檢定統計量: F=MSBMSW=SSB/dfBSSW/dfW∼F(k−1,N−k)F = \frac{MSB}{MSW} = \frac{SSB / df_B}{SSW / df_W} \sim F(k-1, N-k)

解題方法

步驟一:建立統計假說

  • 虛無假說(H0H_0):μ1=μ2=μ3\mu_1 = \mu_2 = \mu_3(三個年齡層之平均症狀緩解時間無差異)
  • 對立假說(H1H_1):μ1,μ2,μ3\mu_1, \mu_2, \mu_3 不全相等(至少有兩組之平均症狀緩解時間有差異)
  • 顯著水準:α=0.05\alpha = 0.05

步驟二:整理題幹已知數據

題目所列「平均數 ±\pm 標準差」(Xˉi±si\bar{X}_i \pm s_i):

  • 青年人(第 1 組):n1=11n_1 = 11,Xˉ1=23\bar{X}_1 = 23,標準差 s1=12  ⟹  s12=144s_1 = 12 \implies s_1^2 = 144
  • 壯年人(第 2 組):n2=11n_2 = 11,Xˉ2=27\bar{X}_2 = 27,標準差 s2=10  ⟹  s22=100s_2 = 10 \implies s_2^2 = 100
  • 中年人(第 3 組):n3=11n_3 = 11,Xˉ3=31\bar{X}_3 = 31,標準差 s3=8  ⟹  s32=64s_3 = 8 \implies s_3^2 = 64
  • 組數 k=3k = 3,總樣本數 N=11+11+11=33N = 11 + 11 + 11 = 33。

步驟三:計算總平均數 Xˉˉ\bar{\bar{X}}

因各組樣本數相等(n1=n2=n3=11n_1 = n_2 = n_3 = 11),總平均數即為各組平均數之算術平均: Xˉˉ=23+27+313=813=27(分)\bar{\bar{X}} = \frac{23 + 27 + 31}{3} = \frac{81}{3} = 27\text{(分)}

步驟四:計算組間變異(SSBSSB 與 MSBMSB)

SSB=11×[(23−27)2+(27−27)2+(31−27)2]SSB = 11 \times \left[(23 - 27)^2 + (27 - 27)^2 + (31 - 27)^2\right] SSB=11×[(−4)2+02+42]=11×[16+0+16]=11×32=352SSB = 11 \times \left[(-4)^2 + 0^2 + 4^2\right] = 11 \times [16 + 0 + 16] = 11 \times 32 = 352 組間自由度: dfB=k−1=3−1=2df_B = k - 1 = 3 - 1 = 2 組間均方: MSB=SSBdfB=3522=176MSB = \frac{SSB}{df_B} = \frac{352}{2} = 176

步驟五:計算組內變異(SSWSSW 與 MSWMSW)

SSW=(n1−1)s12+(n2−1)s22+(n3−1)s32SSW = (n_1 - 1)s_1^2 + (n_2 - 1)s_2^2 + (n_3 - 1)s_3^2

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第 三 題15 分

某研究者欲比較三種不同廠牌疫苗對兒童產生副作用之情況是否有差異,他從某醫院隨機抽取了 200 位兒童,得到結果如下,試以 α=0.05\alpha=0.05 來進行檢定。(15 分)

廠牌產生副作用的人數未產生副作用的人數
廠牌 A2839
廠牌 B3830
廠牌 C3431

已知:

χ0.90,12=2.71\chi^2_{0.90,1}=2.71、χ0.95,12=3.84\chi^2_{0.95,1}=3.84、χ0.975,12=5.02\chi^2_{0.975,1}=5.02、χ0.90,22=4.61\chi^2_{0.90,2}=4.61、χ0.95,22=5.99\chi^2_{0.95,2}=5.99、χ0.975,22=7.38\chi^2_{0.975,2}=7.38、

χ0.90,32=6.25\chi^2_{0.90,3}=6.25、χ0.95,32=7.81\chi^2_{0.95,3}=7.81、χ0.975,32=9.35\chi^2_{0.975,3}=9.35、χ0.90,62=10.64\chi^2_{0.90,6}=10.64、χ0.95,62=12.59\chi^2_{0.95,6}=12.59、χ0.975,62=14.45\chi^2_{0.975,6}=14.45。

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核心觀念

本題要檢定三種疫苗的副作用比例是否相同,屬於 3×23\times2 列聯表的卡方同質性檢定。虛無假設與對立假設為:

  • H0H_0:三種廠牌疫苗的副作用比例相同。
  • H1H_1:至少有一種廠牌的副作用比例不同。

檢定統計量為:

χ2=∑(O−E)2E,E=列合計×欄合計總計\chi^2=\sum\frac{(O-E)^2}{E}, \qquad E=\frac{\text{列合計}\times\text{欄合計}}{\text{總計}}

自由度為 (r−1)(c−1)(r-1)(c-1)。

解題方法

先計算列、欄合計:

廠牌副作用無副作用列合計
A283967
B383068
C343165
欄合計100100200

在 H0H_0 下,各廠牌的副作用比例相同,因此依列合計與欄合計計算期望次數:

廠牌副作用期望次數無副作用期望次數
A67×100/200=33.567\times100/200=33.533.533.5
B68×100/200=3468\times100/200=343434
C65×100/200=32.565\times100/200=32.532.532.5

代入統計量:

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第 1 題1 分

某醫學中心為了研究以 β\beta 類澱粉蛋白質(amyloid β\beta 42)作為阿茲海默症(Alzheimer’s disease)的生物指標是否適合,特針對某縣市居民進行調查(已知阿茲海默症盛行率為 0.020.02)。該醫學中心由此縣市中找了 300 位阿茲海默症患者及 700 位健康者進行測試,所得結果如下表。

檢驗結果阿茲海默症患者(D+D^+)健康者(D−D^-)合計
陽性(T+T^+)280112392
陰性(T−T^-)20588608
合計3007001000

從此縣市隨機抽取一民眾,若 β\beta 類澱粉蛋白質呈陽性反應,試問其得阿茲海默症的機率 Pr⁡(D+∣T+)\Pr(D^+ \mid T^+) 最接近數值為何?

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核心觀念

本題考的是貝氏定理,以及盛行率對陽性預測值的影響。題目詢問的是陽性者實際罹患阿茲海默症的機率:

Pr⁡(D+∣T+)\Pr(D^+\mid T^+)

表中的病例與健康者人數是研究抽樣資料,可用來估計檢驗的敏感度與特異度;但病例占抽樣人數的比例 300/1000300/1000 不等於該縣市的盛行率。計算時應使用題目提供的盛行率 0.020.02。

解題方法

先由表格計算檢驗特性:

Pr⁡(T+∣D+)=280300=1415≈0.9333\Pr(T^+\mid D^+)=\frac{280}{300}=\frac{14}{15}\approx 0.9333

這是敏感度。健康者中出現陽性反應的比例為:

Pr⁡(T+∣D−)=112700=0.16\Pr(T^+\mid D^-)=\frac{112}{700}=0.16

再用貝氏定理計算陽性預測值:

Pr⁡(D+∣T+)=Pr⁡(T+∣D+)Pr⁡(D+)Pr⁡(T+∣D+)Pr⁡(D+)+Pr⁡(T+∣D−)Pr⁡(D−)\Pr(D^+\mid T^+) = \frac{\Pr(T^+\mid D^+)\Pr(D^+)} {\Pr(T^+\mid D^+)\Pr(D^+)+\Pr(T^+\mid D^-)\Pr(D^-)}

代入 Pr⁡(D+)=0.02\Pr(D^+)=0.02、Pr⁡(D−)=0.98\Pr(D^-)=0.98:

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第 2 題1 分

自由度為 1 的卡方分布機率密度函數,右尾 5% 的 XX 軸臨界值(閾值),與下列何者臨界值相同?

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核心觀念

自由度為 11 的卡方分配,可表示為一個標準常態隨機變數平方:

X∼χ12⟺X=Z2,Z∼N(0,1).X \sim \chi^2_1 \quad\Longleftrightarrow\quad X=Z^2,\qquad Z\sim N(0,1).

因此,卡方分配右尾 5% 的臨界值,是滿足 P(X>c)=0.05P(X>c)=0.05 的數值;換成標準常態表示,即 P(Z2>c)=0.05P(Z^2>c)=0.05。

解題方法

由 X=Z2X=Z^2 可得:

P(X>c)=P(Z2>c)=P(∣Z∣>c).P(X>c)=P(Z^2>c)=P(|Z|>\sqrt{c}).

標準常態分配對稱,P(∣Z∣>c)=0.05P(|Z|>\sqrt{c})=0.05 表示左右兩尾各為 0.0250.025,所以

P(Z>c)=0.025.P(Z>\sqrt{c})=0.025.

若以 z0.025z_{0.025} 表示標準常態「右尾 2.5%」的臨界值,則 c=z0.025\sqrt{c}=z_{0.025},因此

c=(z0.025)2.c=(z_{0.025})^2.

這正是選項 (C)。

選項分析

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第 3 題1 分

石虎為瀕臨絕種之野生動物,主要棲息環境為淺山地區。由於近年來淺山地區受到人類大量開發,石虎在道路上遭到車輛輾斃之事件稱為路殺(road kill)時有所聞。

已知每次路殺的發生是獨立的、路殺發生次數也不受限。若臺灣某路段每年發生路殺的平均次數為 48,若令 YY 表示該路段每月發生路殺的次數,則 YY 分布之變異數為何?

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核心觀念

題目考查卜瓦松分布(Poisson distribution)的平均數與變異數,以及觀察時間長度改變時,事件次數的平均數如何按比例調整。

若事件以固定平均速率、彼此獨立地發生,時間區間內的事件次數可用卜瓦松分布描述。若每年平均發生 λ\lambda 次,則卜瓦松分布的變異數也等於 λ\lambda。

解題方法

全年平均路殺次數為 4848 次;一個月是全年的 112\frac{1}{12},因此每月平均次數為:

λ月=48×112=4\lambda_{\text{月}}=48\times\frac{1}{12}=4

所以 YY 可視為平均數為 44 的卜瓦松分布。卜瓦松分布的變異數等於其平均數:

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第 4 題1 分

下列影響信賴區間寬度的重要因素何者錯誤?

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核心觀念

信賴區間的寬度由「估計值 ± 臨界值 × 標準誤」決定。以母體平均數的信賴區間為例,母體標準差未知時常用:

xˉ±t1−α/2,  n−1sn\bar{x}\pm t_{1-\alpha/2,\;n-1}\frac{s}{\sqrt{n}}

因此,區間寬度為:

2t1−α/2,  n−1sn2t_{1-\alpha/2,\;n-1}\frac{s}{\sqrt{n}}

其中 nn 是樣本數、α\alpha 是第一類型誤差率、ss 是樣本標準差。樣本平均數 xˉ\bar{x} 會決定信賴區間的中心位置,不會改變區間寬度。

解題方法

直接比較公式中影響寬度的項目:臨界值、標準誤及其組成因素。樣本數增加通常使標準誤下降;第一類型誤差率改變會影響臨界值;樣本標準差則直接影響標準誤。樣本平均數只出現在區間中心,因此不影響寬度。

選項分析

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第 5 題1 分

想了解一個新藥物跟安慰劑對血壓的控制能力,下列何種統計方法較不受年齡、性別等干擾因子的影響?

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核心觀念

本題考的是研究設計中的「配對比較」與干擾因子的控制。若新藥組與安慰劑組的受試者在年齡、性別等特徵上不同,這些因素可能同時影響血壓與治療組別,進而干擾藥物效果的比較。

配對設計會讓同一位受試者接受兩種處置,或先依年齡、性別等特徵將受試者配成相似的組合,再比較配對內的差異。分析時聚焦於每對的差值,因此能控制配對時納入的個人特徵差異。

解題方法

題目問哪種方法「較不受年齡、性別等干擾因子的影響」,關鍵是辨認哪些選項利用配對或重複測量資料。Paired tt-test 會分析配對觀察值的差異:

di=Xi,新藥−Xi,安慰劑d_i = X_{i,\text{新藥}} - X_{i,\text{安慰劑}}

再檢定平均差值是否為零:

t=dˉsd/nt = \frac{\bar d}{s_d/\sqrt{n}}

其中 dˉ\bar d 是配對差值的平均數,sds_d 是差值的標準差,nn 是配對數。若同一人接受兩種處置,或配對雙方在重要特徵上相近,這些個人特徵在差值中會被控制,故較不易造成組間比較的干擾。

選項分析

(A) Paired tt-test:正確。 配對 tt 檢定以配對內的差值進行分析,可藉由同一受試者前後比較,或特徵相近者配對,減少年齡、性別等已納

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第 6 題1 分

一項健康飲食的衛生教育介入研究中,分別測量實驗組及對照組在衛生教育介入前後了解健康飲食的知識分數。若要探討實驗組的衛教介入前後知識分數是否有改變,請問下列敘述何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考「介入前後是否改變」時,如何依資料是否成對選擇檢定方法。實驗組的同一批受試者在介入前、後各測量一次,因此每位受試者有一組相互關聯的分數,屬於成對資料,不是兩組彼此獨立的資料。

解題方法

先對每位受試者計算前後差值:

Di=介入後分數i−介入前分數iD_i = \text{介入後分數}_i-\text{介入前分數}_i

若以母數方法分析,可對差值 DiD_i 進行成對樣本 Student’s tt 檢定,檢驗差值平均數是否為零:

H0:μD=0,H1:μD≠0H_0:\mu_D=0,\qquad H_1:\mu_D\ne 0

若採無母數方法,則使用 Wilcoxon signed-rank 檢定,檢驗成對差值是否有系統性偏移。兩種方法都保留了同一受試者前後測量的配對關係。

選項分析

  • (A) 錯誤。 單一樣本 tt 檢定通常比較單一樣本平均數與特定基準值;本題雖可將前後差值視為單一樣本,但選項所列的無母數方法 Wilcoxon rank-sum 檢定不適用於成對資料。
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第 7 題1 分

在一先驅研究中,11 位患有子宮癌和 11 位未患有子宮癌之婦女被詢問是否曾經服用雌激素。將患有該癌症和未患有該癌症之婦女依年齡、體重、胎次配對。結果如下:

配對患有子宮癌未患有子宮癌
1曾經服用雌激素未曾經服用雌激素
2未曾經服用雌激素未曾經服用雌激素
3曾經服用雌激素曾經服用雌激素
4曾經服用雌激素曾經服用雌激素
5曾經服用雌激素未曾經服用雌激素
6未曾經服用雌激素未曾經服用雌激素
7曾經服用雌激素未曾經服用雌激素
8曾經服用雌激素未曾經服用雌激素
9未曾經服用雌激素曾經服用雌激素
10未曾經服用雌激素曾經服用雌激素
11曾經服用雌激素未曾經服用雌激素

試問本研究欲了解婦女患有子宮癌與曾經服用雌激素是否有關,可用何種統計方法作檢定?

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核心觀念

本題考「配對資料中的二分類變項」如何檢定。每一組包含一位子宮癌患者與一位依年齡、體重、胎次配對的對照者;兩人的雌激素使用狀況都是二分類資料:曾經服用或未曾服用。

由於每組資料彼此配對,不能把 22 位婦女當成互相獨立的兩組樣本。檢定配對二分類資料的邊際比例是否相同,應使用 McNemar’s 檢定。

解題方法

將每組配對依「患者是否曾服用」和「對照者是否曾服用」整理成 2×22 \times 2 表:

患者/對照者對照者曾服用對照者未曾服用
患者曾服用25
患者未曾服用22

McNemar 檢定只使用兩種不一致配對:

  • 患者曾服用、對照者未曾服用:b=5b=5
  • 患者未曾服用、對照者曾服用:c=2c=2

虛無假設為兩種不一致配對的機率相同,即 b=cb=c。常用的連續性校正統計量為:

χ2=(∣b−c∣−1)2b+c=(∣5−2∣−1)25+2=47\chi^2=\frac{(|b-c|-1)^2}{b+c} =\frac{(|5-2|-1)^2}{5+2} =\frac{4}{7}
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第 8 題1 分

單因子變異數分析表如下,請問 XX 之值為何?

變異量來源自由度平方和均方FF 值
組間217692XX16
組內5128091551
總和5345783
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核心觀念

單因子變異數分析表中的「均方」是平方和除以對應的自由度:

均方=平方和自由度\text{均方}=\frac{\text{平方和}}{\text{自由度}}

本題要求組間均方 XX,因此使用組間的平方和與自由度計算。

解題方法

組間平方和為 1769217692,組間自由度為 22,所以:

X=176922=8846X=\frac{17692}{2}=8846

表中的組內均方列為 551551,而 28091/51≈550.828091/51\approx550.8,四捨五入後為 551551。因此,組間均方與組內均方之比約為 8846/551≈16.18846/551\approx16.1,與表列的 F=16F=16 一致;表格數值有四捨五入。

選項分析

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第 9 題1 分

研究者欲了解服用避孕藥丸後對 SBP 的值是否會有影響,今有 15 位婦女進入此研究。此 15 位婦女從未服用過避孕藥,研究者在給服藥之前,先測得每位婦女的 SBP 值,給服藥兩週後再測得婦女的 SBP 值,以資比較,所得資料如下表。試檢定服用避孕藥對 SBP 值是否有影響,下列何種方法適用?

婦女代號 ii服藥前 SBP服藥後 SBP
1115128
2112115
3107106
4119128
5115122
6138145
7126132
8105109
9104102
10115117
11105118
12102115
13111106
14113124
15115119
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核心觀念

本題比較的是同一批 15 位婦女服藥前、服藥後的 SBP。每位婦女都有一組前後測量值,因此兩筆觀察值彼此相關,屬於成對資料。要檢定服藥前後的平均 SBP 是否改變,適用成對樣本 tt 檢定。

解題方法

先對每位婦女計算差值 di=服藥後 SBP−服藥前 SBPd_i=\text{服藥後 SBP}-\text{服藥前 SBP},再檢定平均差是否為零:

H0:μd=0,H1:μd≠0H_0:\mu_d=0,\qquad H_1:\mu_d\ne 0

「是否有影響」表示檢定差異方向未指定,因此採雙尾檢定。差值依序為:

13, 3, −1, 9, 7, 7, 6, 4, −2, 2, 13, 13, −5, 11, 413,\ 3,\ -1,\ 9,\ 7,\ 7,\ 6,\ 4,\ -2,\ 2,\ 13,\ 13,\ -5,\ 11,\ 4

共有 n=15n=15 組,差值總和為 8484,所以 dˉ=84/15=5.6\bar d=84/15=5.6。成對樣本 tt 統計量為:

t=dˉsd/n,自由度=n−1=14t=\frac{\bar d}{s_d/\sqrt{n}},\qquad \text{自由度}=n-1=14
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第 10 題1 分

若使用變異數分析並以 0.05 的型一誤差(type I error rate)比較某一所高中的 5 個班級(A、B、C、D、E)的國文成績,檢定結果是達統計上顯著性差異,因此如果想要進一步進行所有兩兩班級國文成績的多重比較,使用 Bonferroni 法則,此時型一誤差應該要調整成下列哪個數值?

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核心觀念

這題考的是多重比較中的 Bonferroni 校正。若同時進行 mm 次檢定,為控制整體型一誤差率 α\alpha,每次檢定使用的顯著水準調整為:

α每次=αm\alpha_{\text{每次}}=\frac{\alpha}{m}

5 個班級進行「所有兩兩比較」時,比較次數為:

m=(52)=5(5−1)2=10m=\binom{5}{2}=\frac{5(5-1)}{2}=10

解題方法

題目給定整體型一誤差率 α=0.05\alpha=0.05。將 5 個班級的 10 組兩兩比較平均分配顯著水準:

α每次=0.0510=0.005\alpha_{\text{每次}}=\frac{0.05}{10}=0.005

因此,每一組班級比較所使用的型一誤差水準為 0.0050.005。

選項分析

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第 11 題1 分

分析 40 位 12~17 歲青少年的年齡(Age,歲)與身高(公分)的關聯性分析,得到下表,下列敘述何者錯誤?

VariableEstimateLower bound of 95% CIUpper bound of 95% CI
Intercept97.0371.74122.33
Age(歲)4.182.376.00
Male(男生 = 1,女生 = 0)6.170.8611.49

R2=0.45R^2=0.45

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核心觀念

本題考多元線性迴歸係數的解讀。可將模型寫成:

身高^=β0+β1(年齡)+β2(男生)\widehat{\text{身高}} =\beta_0+\beta_1(\text{年齡})+\beta_2(\text{男生})

其中男生編碼為 11、女生編碼為 00。年齡係數表示在性別相同時,年齡每增加 1 歲,預測身高的平均變化量;性別係數則表示在年齡相同時,男生與女生的預測身高差。

解題方法

依表中估計值,模型可寫為:

身高^=97.03+4.18(年齡)+6.17(男生)\widehat{\text{身高}} =97.03+4.18(\text{年齡})+6.17(\text{男生})

性別係數的 95% 信賴區間為 0.860.86 至 11.4911.49,整段區間都大於 00,表示在通常以雙尾 α=0.05\alpha=0.05 判斷的條件下,控制年齡後,男生身高顯著高於女生。因此,女生雖然較矮,但差異達統計顯著。

選項分析

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第 12 題1 分

下列資料為二株新冠病毒在蝙蝠體內存活天數,此資料屬小樣本且兩個母群體不符合常態分布。若要以此資料檢定二株新冠病毒在蝙蝠體內存活天數是否有統計上顯著差異,請問應該使用何種檢定方法?

存活天數(days)H 型N 型
5346
5652
6058
6059
7877
87117
102120
117123
120134
121156
160
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核心觀念

本題考的是「兩個獨立樣本、資料不符合常態分布」時,如何選擇無母數檢定。H 型有 10 筆觀察值,N 型有 11 筆;題目沒有指出兩組觀察值一一配對,因此視為獨立樣本。小樣本且母群體不符合常態分布時,應使用 **Wilcoxon rank-sum test(Wilcoxon 等級和檢定,亦稱 Mann–Whitney U 檢定)**比較兩組。

解題方法

將兩組共 21 筆存活天數合併,由小到大排序並給予等級,再計算各組的等級和,據此檢定兩組是否有差異。若數值相同,則給予平均等級;本題兩組間的 117、120 天有相同值,排名時須處理並列等級。

這種檢定不要求資料符合常態分布,適合本題的小樣本、兩組獨立資料。選項 (C) Wilcoxon rank-sum test 符合題目條件。

選項分析

  • (A) Signed test:錯誤。 Sign test(符號檢定)通常用於配對資料或單一樣本的中位數檢定,分析配對差值的正負;本題是兩個獨立樣本,沒有配對差值可供檢定。
  • **(B) Wilcoxon signed-rank test:錯誤。
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第 13 題1 分

一個病例對照研究結果如下表。原始研究的樣本數為 70 人,假設樣本數變成 10 倍,共 700 人,請問下列何者最可能變大?

DiseaseNo Disease
No Exposure105
Exposure2035
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核心觀念

本題考「樣本數增加對估計值與檢定結果的影響」。病例對照研究的勝算比(Odds Ratio, OR)由各格人數的交叉乘積比計算;若每格人數都乘以相同倍數,OR 不變。樣本數增加則會降低標準誤,使檢定統計量的絕對值增加、信賴區間變窄。

解題方法

依原頁掃描圖,資料為:

DiseaseNo Disease
Exposure105
No Exposure2035

題目文字中的表格列標與掃描圖相反;以下依掃描圖計算。將每格人數乘以 10 後,變為 100、50、200、350100、50、200、350,總樣本數由 7070 增為 700700。

原始 OR 為:

OR=10×355×20=3.5OR=\frac{10\times35}{5\times20}=3.5

放大 10 倍後:

OR=100×35050×200=3.5OR=\frac{100\times350}{50\times200}=3.5

因此 OR 不變。

以常用的 Pearson 卡方檢定為例,2×22\times2 列聯表的檢定統計量為:

χ2=n(ad−bc)2(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)\chi^2=\frac{n(ad-bc)^2}{(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)}
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第 14 題1 分

若比較肺癌病人的診斷細胞型態之 Karnofsky Performance Status(KPS)得到單因子變異數分析表結果如下,以 0.05 的型一誤差(type I error rate)來判定,請問下列敘述何者正確?

變異量來源自由度平方和均方FF 值PP 值
組間33740.4831246.832.97040.0341
組內13757505.474419.75
總和14061245.957
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核心觀念

單因子變異數分析(one-way ANOVA)用來比較三組以上的母體平均數。本題依據自由度推算組數與總樣本數,再用 PP 值判斷各組平均數是否相等。

設有 kk 種細胞型態、總樣本數為 nn,單因子變異數分析的自由度為:

組間自由度=k−1,組內自由度=n−k,總自由度=n−1\text{組間自由度}=k-1,\qquad \text{組內自由度}=n-k,\qquad \text{總自由度}=n-1

檢定假設為:

H0:μ1=μ2=⋯=μkH_0:\mu_1=\mu_2=\cdots=\mu_k H1:至少有一組的母體平均數不同H_1:\text{至少有一組的母體平均數不同}

解題方法

組間自由度為 33,因此:

k−1=3⇒k=4k-1=3 \Rightarrow k=4

共有 44 種細胞型態。總自由度為 140140,因此:

n−1=140⇒n=141n-1=140 \Rightarrow n=141

表中 P=0.0341<0.05P=0.0341<0.05,所以在型一誤差率 0.050.05 下拒絕「四種細胞型態的 KPS 母體平均數皆相等」的虛無假設。

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第 15 題1 分

某大醫院的醫師正從事於頭痛與高血壓的關聯性研究,他發現 273 位患有高血壓的勞工中,共有 26 位常常有頭痛的情形,而 1046 位未罹患高血壓的勞工中,有 44 位常常有頭痛的情形。今欲以此資料推論頭痛與高血壓是否有關聯,則下列檢定方法何者正確?

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核心觀念

本題要判斷「頭痛」與「是否罹患高血壓」兩個類別變項是否有關聯:

  • 高血壓:有、無,為類別變項。
  • 常常頭痛:有、無,為類別變項。

兩個類別變項的關聯性,可用列聯表整理資料,並以卡方檢定檢驗是否獨立。虛無假設為兩者互相獨立、沒有關聯;對立假設為兩者不獨立、具有關聯。

解題方法

將題目資料整理成 2×22\times2 列聯表:

常常頭痛不常頭痛合計
高血壓26273−26=247273-26=247273
無高血壓441046−44=10021046-44=10021046
合計7012491319

題目詢問的是兩種分類狀態之間是否有關聯,適用卡方獨立性檢定。各格的期望次數可由「列合計乘欄合計,再除以總人數」計算,例如高血壓且常常頭痛者的期望次數為:

E11=273×701319≈14.48E_{11}=\frac{273\times70}{1319}\approx14.48

其餘各格也依此計算,再將觀察次數 OO 與期望次數 EE 代入:

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第 16 題1 分

分析 2×22 \times 2 列聯表資料時,下列何種情況不適合使用卡方檢定?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考的是 2×22\times2 列聯表使用 Pearson 卡方檢定時,對期望次數的要求。卡方檢定以觀察次數與期望次數的差異計算檢定統計量:

χ2=∑(O−E)2E\chi^2=\sum \frac{(O-E)^2}{E}

其中 OO 是觀察次數,EE 是期望次數。卡方檢定的近似結果是否可靠,主要取決於各格的期望次數是否足夠;常見判準是不能有任何一格的期望次數小於 55。

解題方法

判斷列聯表是否適合使用卡方檢定時,應看各格的期望次數,而不是觀察次數。期望次數可依列總計、欄總計與總樣本數計算:

Eij=(第 i 列總計)(第 j 欄總計)總樣本數E_{ij}=\frac{(\text{第 }i\text{ 列總計})(\text{第 }j\text{ 欄總計})}{\text{總樣本數}}

若題目所指的某格期望次數小於 55,便不符合常見的卡方近似判準,通常改考慮 Fisher 精確檢定。因此符合題意的是 (B)。

選項分析

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第 17 題1 分

假設隨機變數 XX 代表病人服用抗病毒藥品的天數,此母群體呈右偏分布,其平均值為 μ\mu 且標準差為 σ\sigma。如果依據中央極限定理,則下列何者在樣本數增加時會接近常態分布?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考中央極限定理(Central Limit Theorem, CLT)。若 X1,…,XnX_1,\ldots,X_n 為來自同一母群體的獨立隨機樣本,且母群體平均值為 μ\mu、標準差為 σ\sigma,則在適當條件下,樣本平均值的標準化形式會隨樣本數 nn 增加而近似標準常態分布:

Xˉ−μσ/n →d N(0,1)\frac{\bar X-\mu}{\sigma/\sqrt n} \ \xrightarrow{d}\ N(0,1)

因此,樣本平均值 Xˉ\bar X 的分布會近似平均數為 μ\mu、變異數為 σ2/n\sigma^2/n 的常態分布。本題已指出母群體呈右偏分布;中央極限定理說明的是樣本平均值的抽樣分布,不是原始個別觀測值本身的分布。

解題方法

辨認題目問的是「樣本數增加時,哪一個量會接近常態分布」。將選項與中央極限定理的對象對照:該定理描述的是樣本平均值 Xˉ\bar X,所以選擇樣本平均值。

當 nn 增加時,Xˉ\bar X 的抽樣分布會逐漸近似常態分布;其標準誤為 σ/n\sigma/\sqrt n,而標準化後的平均數則近似 N(0,1)N(0,1)。母群體是否右偏,不會改變本題所問的核心對象;在樣本數足夠大且符合定理條件時,樣本平均值的分布仍會近似常態。

選項分析

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第 18 題1 分

針對某個樣本數為 20 的樣本,所計算的標準差(standard deviation)與標準誤(standard error),下列敘述何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考「標準差」與「標準誤」的關係。標準差描述樣本中個別觀測值的離散程度;標準誤描述統計量(此處為樣本平均數)的抽樣變異程度。樣本平均數的標準誤為:

SE(Xˉ)=snSE(\bar X)=\frac{s}{\sqrt{n}}

其中 ss 為樣本標準差,nn 為樣本數。

解題方法

本題樣本數 n=20n=20,代入公式:

SE=SD20SE=\frac{SD}{\sqrt{20}}

兩邊同乘 20\sqrt{20},得到:

SD=SE×20SD=SE\times\sqrt{20}

因此選項 (A) 正確。

選項分析

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第 19 題1 分

若針對某一社區居民隨機抽樣 300 人,此樣本之平均年齡為 55 歲,已知其平均年齡顯著不同於 64 歲,假設社區居民的年齡呈常態分布,則下列何者比較可能是平均年齡的雙尾 95% 信賴區間?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考平均數的雙尾 95%95\% 信賴區間,以及信賴區間與雙尾顯著性檢定的對應關係。平均數的信賴區間以樣本平均數為中心;在雙尾 95%95\% 信賴區間中,兩端各保留 2.5%2.5\% 的尾端機率。

若母體標準差未知,常用形式為:

xˉ±t0.975, n−1sn\bar{x}\pm t_{0.975,\ n-1}\frac{s}{\sqrt{n}}

本題未提供樣本標準差,因此無法計算區間的精確端點;但可利用已知資訊判斷區間中心與是否包含 6464 歲。

解題方法

樣本平均年齡為 5555 歲,所以平均年齡的信賴區間應以 5555 歲為中心。若樣本平均數與 6464 歲的差異達雙尾顯著水準 0.050.05,則以 6464 歲作為虛無假設值時,6464 不會落在雙尾 95%95\% 信賴區間內。

逐一檢視選項,可見只有 (B) 的區間中點為 5555,且不包含 6464:

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第 20 題1 分

根據 COVID-19 全球疫情地圖,得知臺灣疫苗接種覆蓋率 86.79%。如果隨機在臺灣抽取一萬人,計算此樣本的疫苗接種覆蓋率,此樣本觀察到接種疫苗人數的變異數為下列何者?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考二項分配中「成功次數」的變異數。將每位民眾是否已接種疫苗視為一次伯努利試驗:接種為成功,未接種為失敗。若每人接種機率為 pp,抽取 nn 人時,接種人數 XX 服從二項分配 X∼Binomial⁡(n,p)X\sim\operatorname{Binomial}(n,p),其變異數為:

Var⁡(X)=np(1−p)\operatorname{Var}(X)=np(1-p)

解題方法

題目給定接種覆蓋率 p=86.79%=0.8679p=86.79\%=0.8679,抽取人數 n=10,000n=10{,}000。未接種機率為:

1−p=1−0.8679=0.13211-p=1-0.8679=0.1321

代入二項分配變異數公式:

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第 21 題1 分

針對統計檢定力(statistical power, 1−β1-\beta)的敘述,下列何者較正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

統計檢定力(power)是「當對立假設為真時,檢定正確拒絕虛無假設的機率」,亦即:

Power=1−β=P(拒絕 H0∣H1 為真)\text{Power}=1-\beta =P(\text{拒絕 }H_0\mid H_1\text{ 為真})

其中,β\beta 是第二類錯誤機率:對立假設為真,卻未拒絕虛無假設。

解題方法

先辨認題目描述的兩件事:假設的真實狀態,以及檢定是否拒絕虛無假設。檢定力描述的是「H1H_1 為真」時,檢定能否「拒絕 H0H_0」,因此對應選項 C。

選項分析

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第 22 題1 分

某個研究罹患癌症的危險因子分析結果如下表所示,以 0.05 的型一誤差(type I error rate)來判定,下列敘述何者錯誤?

變項參考組勝算比(odds ratio)95% 信賴區間
Gender:malefemale1.00(0.64,1.37)(0.64,1.37)
Age:age < 401.00
40≤40 \leq age <60<60age < 401.52(0.96,2.41)(0.96,2.41)
60≤60 \leq ageage < 402.21(1.28,3.80)(1.28,3.80)
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本題考查勝算比(odds ratio, OR)及其 95% 信賴區間的判讀。若 OR 的 95% 信賴區間包含 1,表示在 0.05 顯著水準下,沒有足夠證據認定兩組勝算不同;若信賴區間不包含 1,則差異達統計上顯著。

OR 比較的是「勝算」,不等同於「風險」或「機率」。本題選項使用「危險性」一詞,解讀時應以表中的 OR 為依據。

解題方法

逐列查看 OR 的參考組與 95% 信賴區間:

  • 男性相較女性:OR = 1.00,95% 信賴區間為 (0.64,1.37)(0.64,1.37),包含 1,且點估計為 1,不能據此認定男性勝算較高。
  • 年齡 40≤age<6040 \leq \text{age}<60 相較於未滿 40 歲:OR = 1.52,95% 信賴區間為 (0.96,2.41)(0.96,2.41),包含 1,差異未達統計顯著。
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第 23 題1 分

一項探討醫學檢驗值與胰臟癌關係的病例對照研究,研究過程中收集了飯前血糖、飯後血糖、糖化血色素及總膽固醇。若想要了解有或沒有胰臟癌之相關醫學檢驗值互相校正後,何項相關醫學檢驗值較有顯著意義,下列何種統計方法最合適?

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核心觀念

本題要依研究結果變項的型態選擇迴歸方法,並判斷是否要同時校正多個檢驗值。

研究結果是「有無胰臟癌」,屬於二元類別變項;飯前血糖、飯後血糖、糖化血色素及總膽固醇則是多個解釋變項。題目又要求比較這些檢驗值在彼此校正後,哪些與胰臟癌有顯著關聯,因此需用複羅吉斯迴歸。

解題方法

羅吉斯迴歸適用於二元結果變項,可分析結果事件的勝算如何隨解釋變項改變。將「是否有胰臟癌」設為結果變項,並將四項醫學檢驗值一併納入模型,即可估計各檢驗值在控制其他檢驗值後的關聯。

模型可寫為:

log⁡(P(Y=1)1−P(Y=1))=β0+β1X1+β2X2+β3X3+β4X4\log\left(\frac{P(Y=1)}{1-P(Y=1)}\right) =\beta_0+\beta_1X_1+\beta_2X_2+\beta_3X_3+\beta_4X_4
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第 24 題1 分

一組 100 人的隨機樣本,進行暴露 XX 與疾病 YY 的關係研究,變數設定以及研究結果整理為下列 2×22 \times 2 列聯表。如果以羅吉斯迴歸分析之後,截距 β0\beta_0 的估計值為何?

有病(Y=1Y=1)沒病(Y=0Y=0)
有暴露(X=1X=1)1020
無暴露(X=0X=0)4030
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核心觀念

羅吉斯迴歸的截距 β0\beta_0,代表自變數 X=0X=0 時,結果變數 Y=1Y=1 的「對數勝算」:

log⁡(P(Y=1∣X=0)P(Y=0∣X=0))=β0\log\left(\frac{P(Y=1\mid X=0)}{P(Y=0\mid X=0)}\right)=\beta_0

本題將有暴露編碼為 X=1X=1、無暴露編碼為 X=0X=0,因此截距對應「無暴露者」的疾病勝算取自然對數。

解題方法

在 X=0X=0 的無暴露組中,有病者 40 人、沒病者 30 人,所以疾病勝算為:

P(Y=1∣X=0)P(Y=0∣X=0)=4030\frac{P(Y=1\mid X=0)}{P(Y=0\mid X=0)} =\frac{40}{30}

因此截距估計值為:

β^0=log⁡(4030)\hat{\beta}_0=\log\left(\frac{40}{30}\right)

選項分析

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第 25 題1 分

利用羅吉斯迴歸分析有無用藥(Treatment, yes vs. no)對於疾病的治癒效果(Cure, yes vs. no),發現在男性族群中,有用藥物治療的病患勝算(odds)是安慰劑病患勝算的 2 倍,但是女性族群中,勝算比降為 1.2 倍。請問這個研究中,對於性別變數的敘述何者最適切?

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核心觀念

本題考的是效果修飾(effect modification):某變數會使暴露因子與結果之間的關聯強度,因不同族群而有所差異。效果修飾也稱為交互作用,判斷時須比較各族群中暴露與結果的效果估計值。

羅吉斯迴歸的勝算比(odds ratio, OR)可用來描述用藥與治癒的關聯。本題提供男性與女性各自的治療勝算比,適合直接比較兩者。

解題方法

男性中,用藥相對於安慰劑的治癒勝算比為 22;女性中則為 1.21.2。兩個性別族群的勝算比不同,表示用藥與治癒的關聯強度會隨性別而異,因此性別是效果修飾因子。

若以迴歸模型表示,可加入用藥與性別的交互作用項:

logit⁡{P(Cure=1)}=β0+β1(Treatment)+β2(Sex)+β3(Treatment×Sex)\operatorname{logit}\{P(\text{Cure}=1)\} = \beta_0+\beta_1(\text{Treatment})+\beta_2(\text{Sex}) +\beta_3(\text{Treatment}\times\text{Sex})

當 β3\beta_3 不為 00 時,代表治療效果依性別而異。本題兩組 OR 分別為 22 與 1.21.2,反映治療效果存在性別差異;題目也未提供顯著性檢定結果,因此應依其描述辨認效果修飾,而不延伸判斷交互作用是否達統計顯著。

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第 26 題1 分

想研究高中生男女的體脂肪有無差異,隨機收集了年齡相近的 13 位男生與 11 位女生,描述統計如下所示。欲以 two-sample tt-test 檢定,若假設兩組變異數相等,此變異數(pooled variance)的估計值最接近之數值為何?

組別樣本數 nn平均數 xˉ\bar{x}標準差 ss
女同學11225
男同學13157
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核心觀念

假設兩組母體變異數相等時,two-sample tt-test 以合併變異數(pooled variance)估計共同變異數。它是依各組自由度加權的樣本變異數:

sp2=(n1−1)s12+(n2−1)s22n1+n2−2s_p^2=\frac{(n_1-1)s_1^2+(n_2-1)s_2^2}{n_1+n_2-2}

分母是合併後的總自由度;各組變異數的權重則是各組自由度。

解題方法

女生組 n1=11, s1=5n_1=11,\ s_1=5;男生組 n2=13, s2=7n_2=13,\ s_2=7。代入公式:

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第 27 題1 分

分析 40 位 12~17 歲青少年的年齡(Age)與身高(公分)的關聯性分析,得到下表,下列敘述何者正確?

VariableEstimateLower bound of 95% CIUpper bound of 95% CI
Intercept96.8270.09123.56
Age4.442.546.34

R2=0.37R^2=0.37

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核心觀念

本題考查簡單線性迴歸中的迴歸係數、皮爾森相關係數與決定係數 R2R^2。

  • 迴歸係數:Age 的 Estimate 為 4.444.44,表示年齡每增加 1 歲,預測身高平均增加 4.444.44 公分。
  • 截距:Intercept 為 96.8296.82,是迴歸直線在年齡為 0 時的預測身高;它不是 Age 的迴歸係數。
  • 決定係數:R2=0.37R^2=0.37,表示身高變異中有 37% 可由年齡的線性迴歸模型解釋。
  • 相關係數:在只有一個自變項的簡單線性迴歸中,R2=r2R^2=r^2;相關係數 rr 的正負號與斜率相同。

解題方法

先從表格辨認 Age 的斜率:迴歸係數為 4.444.44,是正值,因此年齡與身高的相關方向為正。再由決定係數求皮爾森相關係數:

r=sign⁡(4.44)R2=0.37≈0.608≈0.61r=\operatorname{sign}(4.44)\sqrt{R^2} =\sqrt{0.37} \approx 0.608 \approx 0.61
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第 28 題1 分

分析年齡(age)、性別(gender)、教育程度(educ)與美國總統選舉(vote)的相關性,這些變數的數值編碼(coding)與分析結果如下。請問男性對比女性選民(Male vs. Female),投給 Trump(vote = 1 vs. 0)的勝算比為何?

vote
0 = 'Clinton'
1 = 'Trump';

gender
1 = 'Male'
2 = 'Female';

educ
1 = 'HS Not Completed'
2 = 'Completed HS'
3 = 'College <4 Years'
4 = 'College 4 Year Degree'
5 = 'Advanced Degree';

Analysis of Maximum Likelihood Estimates:

ParameterDFEstimateStandard ErrorWald Chi-SquarePr > ChiSq
Intercept10.27540.19591.97590.1598
gender Female1-0.35590.084117.8915<0.0001
gender Male00———
age10.01310.0024628.3128<0.0001
educ1-0.25180.038742.3355<0.0001
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核心觀念

這題考二元羅吉斯迴歸(logistic regression)中的勝算比。模型係數代表自變項每增加一單位時,結果事件「勝算」取自然對數後的變化;將係數取指數,即為勝算比:

勝算比(OR)=eβ\text{勝算比(OR)}=e^{\beta}

題目指定比較男性與女性投票給 Trump 的勝算,並控制年齡與教育程度。

解題方法

表中「gender Male」是參照組,係數為 00;「gender Female」的係數為 −0.3559-0.3559。因此,女性相較男性的對數勝算差為 −0.3559-0.3559,女性相較男性的勝算比為:

e−0.3559e^{-0.3559}

題目要的是「男性對比女性」,比較方向相反,因此取倒數:

男性相較女性的勝算比=1e−0.3559=e0.3559≈1.43\text{男性相較女性的勝算比} =\frac{1}{e^{-0.3559}} =e^{0.3559} \approx 1.43
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第 29 題1 分

某個治療肺癌病人的臨床試驗比較試驗用藥(test drug)和標準治療(standard treatment)兩組病人的存活狀況,分析結果如圖所示,下列敘述何者錯誤?

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核心觀念

本題考 Kaplan–Meier(KM)存活曲線與中位數存活時間的判讀。KM 存活率估計式為:

S^(t)=∏ti≤t(1−dini)\widehat{S}(t)=\prod_{t_i\le t}\left(1-\frac{d_i}{n_i}\right)

其中 did_i 是時間 tit_i 發生的事件數,nin_i 是該時點仍在風險中的人數。中位數存活時間是存活率首次降至 0.50.5 或以下的時間,也就是曲線第一次到達或低於縱軸 0.50.5 的時間。

解題方法

先在圖上找出存活率 0.50.5 的高度,再看兩組階梯曲線何時到達該高度。試驗用藥曲線在 180 天時仍高於 0.50.5;

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第 30 題1 分

在進行比較實驗組與對照組之衛教介入前後知識分數的改變量平均值時,統計分析軟體提供了下列結果。以 0.05 的型一誤差(type I error rate)來判定:

  • 檢定兩組變異數是否有差異的 FF 檢定:PP-value = 0.010
  • Equal variance 之 tt 檢定:PP-value = 0.001
  • Unequal variance 之 tt 檢定:PP-value = 0.212

請問下列敘述何者正確?

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核心觀念

本題考比較兩組「改變量平均值」時,如何依變異數同質性選擇兩獨立樣本 tt 檢定:

  • FF 檢定用來檢驗兩組變異數是否相等。
  • 若變異數可視為相等,使用等變異數 tt 檢定(Equal variance)。
  • 若變異數不相等,使用不等變異數 tt 檢定(Unequal variance,又稱 Welch’s tt 檢定)。

以顯著水準 α=0.05\alpha=0.05 判斷時,P<0.05P<0.05 表示達統計顯著;P≥0.05P\geq 0.05 表示未達統計顯著。

解題方法

先看 FF 檢定:P=0.010<0.05P=0.010<0.05,拒絕兩組變異數相等的虛無假設,表示兩組變異數有顯著差異。因此比較兩組平均改變量時,應採用不等變異數的 tt 檢定。

該檢定的 PP 值為 0.2120.212,且 0.212>0.050.212>0.05,故兩組改變量平均值未達統計顯著差異,選項所列 PP 值為 0.2120.212。

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第 31 題1 分

在執行存活分析時需要定義每筆個案的資料之追蹤結果是屬於事件(event)資料,還是設限(censor)資料。某一結腸直腸癌的標靶藥品治療研究,病人在試驗結束後所登錄的追蹤結果分別是:

  • A = 存活
  • B = 死於肺癌
  • C = 死於結腸直腸癌
  • D = 死於肺癌及結腸直腸癌以外的其他癌症
  • E = 死於非癌症的其他原因

因此在計算各種死亡率時,下列敘述何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

存活分析先要界定研究的「事件」是什麼。個案若在追蹤期間發生指定事件,記為事件資料;若追蹤結束時尚未發生指定事件,或先發生其他原因的死亡,則在該指定事件的分析中通常列為設限資料。

本題各代碼代表:

  • A:追蹤結束時存活
  • B:死於肺癌
  • C:死於結腸直腸癌
  • D:死於其他癌症
  • E:死於非癌症原因

判斷時應逐一對照各選項指定的存活或死亡事件,確認哪些代碼符合事件定義。

解題方法

對指定死因的存活分析,只把該死因的死亡列為事件;存活至追蹤結束者,以及死於其他原因者,列為設限。總存活分析則以任何原因死亡作為事件,因此所有死亡都屬事件。

選項分析

(A) 正確。「癌症存活率」以癌症死亡為事件,B、C、D 都是癌症死亡,列為事件資料;A 追蹤結束時存活,E 死於非癌症原因,列為設限資料。

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第 32 題1 分

一個研究要分析 6 所大學的資料,想探討一年級新生的 BMI 數值是否相等,於是在每一間大學隨機抽取 100 人進行試驗,最終選定變異數分析 ANOVA 作為分析工具。此方法的檢定統計量為下列何者(FF 是累積機率密度函數,α\alpha 是顯著水準)?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考單因子變異數分析(one-way ANOVA)的自由度,以及 FF 分配臨界值的記號。

若比較 kk 組、總樣本數為 NN,ANOVA 的分子自由度(組間自由度)為 k−1k-1,分母自由度(組內自由度)為 N−kN-k。本題有 6 所大學,每校抽取 100 人,因此:

k=6,N=6×100=600k=6,\qquad N=6\times100=600

故組間自由度為 6−1=56-1=5,組內自由度為 600−6=594600-6=594。

解題方法

ANOVA 的檢定統計量為:

F=組間均方組內均方F=\frac{\text{組間均方}}{\text{組內均方}}

在虛無假設「六所大學新生的母體平均 BMI 相等」成立時,檢定統計量服從自由度為 (5,594)(5,594) 的 FF 分配。

題目以 Fα(df1,df2)F_{\alpha}(df_1,df_2) 表示右尾面積為 α\alpha 的臨界值時,顯著水準 α=0.05\alpha=0.05 對應 F0.05(5,594)F_{0.05}(5,594)。若以累積分配函數表示,因為 FF 檢定採右尾拒絕域,其累積機率為 1−α=0.951-\alpha=0.95,所以同一臨界值也可寫成 F0.95(5,594)F_{0.95}(5,594)。

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第 33 題1 分

一個預測變數有 3 個類別,暴露等級分別為輕度、中度、重度。此變數在線性迴歸分析中,欲以虛擬變數的方式分析,請問要生成幾個虛擬變數?

這一題的完整詳解

核心觀念

線性迴歸中的類別型預測變數,通常以虛擬變數(dummy variables)表示。若類別數為 kk,並在模型中包含截距項,需設定一個類別為參考組,其餘 k−1k-1 個類別各用一個虛擬變數表示:

虛擬變數個數=k−1\text{虛擬變數個數}=k-1

這種編碼可避免所有類別指標變數與截距項形成完全共線性。

解題方法

本題的暴露等級有輕度、中度、重度,共 k=3k=3 個類別。以其中一級作為參考組,例如輕度,另外建立:

  • D1=1D_1=1 表示中度,否則為 00
  • D2=1D_2=1 表示重度,否則為 00

因此需要 3−1=23-1=2 個虛擬變數。迴歸模型中的截距代表參考組的平均基準,其餘兩個係數分別表示中度、重度相對於輕度的差異。

選項分析

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第 34 題1 分

若 AA 和 BB 兩事件發生機率已知分別為 P(A)=0.4P(A)=0.4、P(B)=0.6P(B)=0.6、P(A∣B)=0.4P(A\mid B)=0.4,試求 P(A∪B)P(A\cup B) 為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查條件機率與聯集機率公式。條件機率定義為

P(A∣B)=P(A∩B)P(B),P(B)>0P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)},\qquad P(B)>0

而兩事件的聯集機率為

P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(A∩B).P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B).

交集被扣除一次,是因為直接相加 P(A)P(A) 與 P(B)P(B) 時,AA、BB 同時發生的部分會重複計算。

解題方法

先由條件機率求交集:

P(A∩B)=P(A∣B)P(B)=0.4×0.6=0.24.P(A\cap B)=P(A\mid B)P(B)=0.4\times0.6=0.24.

再代入聯集公式:

P(A∪B)=0.4+0.6−0.24=0.76.P(A\cup B)=0.4+0.6-0.24=0.76.

因此選項 (A) 正確。

選項分析

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第 35 題1 分

一個研究探討新發現的兩個發炎指數之間的相關性,已知其中一個發炎指數為指數分配,另一個為 FF 分配 F(5,2)F(5,2),下列何種統計方法最適用於此研究?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考的是相關性分析方法的選擇。兩個變數若為連續數值,但分布偏斜或不符合常態分布,且研究重點是評估兩者是否呈單調關係,通常使用 Spearman 等級相關係數。Spearman 係數先將觀察值轉為名次,再計算名次間的相關,不要求原始資料符合常態分布。

題目指出一個發炎指數服從指數分配,另一個服從 F(5,2)F(5,2) 分配;這些分配通常呈偏斜,且題目未提供常態性假設。因此,依官方答案選用 Spearman 等級相關係數。

解題方法

先辨認研究目的:題目要探討「兩個指數之間的相關性」,所以應選相關係數,而不是比較兩組差異的檢定方法。

接著判斷分布條件:指數分配與 F(5,2)F(5,2) 分配通常不是常態分布。Spearman 相關係數以名次衡量兩變數是否同向或反向變動,適合此類非正態資料。若沒有同名次,常用公式為:

rs=1−6∑i=1ndi2n(n2−1)r_s=1-\frac{6\sum_{i=1}^{n}d_i^2}{n(n^2-1)}

其中 did_i 是第 ii 位研究對象兩個變數的名次差,nn 為樣本數。有同名次時,則以名次資料計算相關係數並作相應校正。

選項分析

  • (A) Spearman correlation coefficient:正確。 以名次評估兩變數的單調相關,不要求原始數值符合常態分布;
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第 36 題1 分

Cox proportional hazards model 如下,其中 Age 的單位為歲(years):

hi(t)=h0(t)×e0.1×Age+0.2×BMI+0.3×Maleh_i(t)=h_0(t)\times e^{0.1\times Age+0.2\times BMI+0.3\times Male}

對於相同 BMI 值的男性,請問 30 歲的人對比 20 歲(Age = 30 vs. Age = 20)的風險(hazard)的比值是多少?

這一題的完整詳解

核心觀念

Cox 比例風險模型以 eβxe^{\beta x} 描述共變項對瞬時風險(hazard)的相對影響。比較兩個人在同一時間點的 hazard 時,若其他共變項相同,基準風險 h0(t)h_0(t) 與相同共變項的影響會相消。

解題方法

對相同 BMI 值的男性,比較 30 歲與 20 歲者:

h30(t)h20(t)=h0(t)e0.1(30)+0.2BMI+0.3h0(t)e0.1(20)+0.2BMI+0.3\frac{h_{30}(t)}{h_{20}(t)} = \frac{h_0(t)e^{0.1(30)+0.2BMI+0.3}} {h_0(t)e^{0.1(20)+0.2BMI+0.3}}

約去共同的基準風險、BMI 項與男性項:

h30(t)h20(t)=e0.1(30−20)=e1\frac{h_{30}(t)}{h_{20}(t)} =e^{0.1(30-20)} =e^1

因此,30 歲者的 hazard 是 20 歲者的 e1e^1 倍,約為 2.722.72 倍。

選項分析

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第 37 題1 分

假設 AA 為血壓器測量顯示有高血壓症狀,A‾\overline{A} 為血壓器測量顯示正常值(無高血壓症狀);BB 為測試者有高血壓,B‾\overline{B} 為正常測試者(血壓值正常)。請問此血壓器的特異度(specificity)是下列哪一個條件機率?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考驗診斷試驗的**特異度(specificity)**定義:在實際上沒有疾病的人當中,檢測結果為陰性的機率。

本題的符號代表:

  • AA:血壓器顯示有高血壓症狀,屬於陽性結果。
  • A‾\overline{A}:血壓器顯示正常,屬於陰性結果。
  • BB:實際有高血壓。
  • B‾\overline{B}:實際正常、沒有高血壓。

因此,特異度是「實際正常者中,血壓器也測得正常」的比例:

特異度=P(A‾∣B‾)\text{特異度}=P(\overline{A}\mid\overline{B})

解題方法

先辨認條件機率的分母代表誰。特異度的分母是「實際沒有疾病者」,也就是 B‾\overline{B};分子則是其中「檢測結果為陰性」的人,也就是 A‾\overline{A}。

所以本題的特異度為 P(A‾∣B‾)P(\overline{A}\mid\overline{B})。然而,選項中沒有這個條件機率;依題目指定的官方答案,應選 (B) P(A∣B‾)P(A\mid\overline{B})。此選項表示「實際正常者中,檢測結果呈陽性的機率」,依標準定義是偽陽性率,不是特異度。

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第 38 題1 分

某項研究調查罹患口腔癌的危險因子,經由羅吉斯迴歸計算出抽菸與嚼食檳榔的勝算比和 95% 信賴區間,分別為抽菸 1.5 (0.9∼2.5)1.5\ (0.9\sim2.5) 及嚼食檳榔 2.5 (1.5∼4.1)2.5\ (1.5\sim4.1)。若兩個危險因子各自以 0.05 的型一誤差(type I error rate)來判定,則下列敘述何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

羅吉斯迴歸常以勝算比(odds ratio, OR)呈現危險因子與疾病的關聯。檢定某因子的 OR 是否具有統計顯著性,通常以虛無假設 OR=1OR=1 為基準;OR=1OR=1 代表勝算沒有差異。

在雙尾顯著水準 α=0.05\alpha=0.05 下,若 95% 信賴區間不包含 1,則拒絕 OR=1OR=1 的虛無假設,判定該因子與疾病的關聯達統計顯著;若信賴區間包含 1,則未達統計顯著。

解題方法

逐一檢查兩個勝算比的 95% 信賴區間是否包含 1:

  • 抽菸:OR=1.5OR=1.5,95% 信賴區間為 0.9∼2.50.9\sim2.5。因為 11 落在區間內,未達統計顯著。
  • 嚼食檳榔:OR=2.5OR=2.5,95% 信賴區間為 1.5∼4.11.5\sim4.1。整個區間都大於 11,不包含 11,達統計顯著。
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第 39 題1 分

某位老師研究 2000 位新生兒,結果發現新生兒出生體重(yy,以公克為單位)可能與媽媽生產年齡(xx,連續變數,以歲為單位)有關。該老師決定採用 simple linear regression 以 xx 來預測發生 yy 的可能性,可得到迴歸方程為:

y=α^+β^xy=\hat{\alpha}+\hat{\beta}x

已知 β^<0\hat{\beta}<0 且其 P<0.05P<0.05,請問下列敘述何者正確?

這一題的完整詳解

核心觀念

簡單線性迴歸以直線描述自變數 xx 與應變數 yy 的平均關係:

y^=α^+β^x\hat y=\hat\alpha+\hat\beta x

其中,迴歸係數 β^\hat\beta 是斜率,表示 xx 每增加 1 單位時,模型預測的 yy 平均改變量。斜率為負,代表預測的 yy 隨 xx 增加而下降。

本題中,xx 是媽媽生產年齡,yy 是新生兒出生體重;β^<0\hat\beta<0 表示兩者呈負向線性關係。P<0.05P<0.05 表示斜率與零有統計上的顯著差異,支持此負向關係並非單純由抽樣誤差造成。

解題方法

先看斜率的正負判斷關係方向,再看 PP 值判斷斜率是否達統計顯著:

  1. β^<0\hat\beta<0:媽媽生產年齡愈大,模型預測的新生兒出生體重愈低。
  2. P<0.05P<0.05:斜率達統計顯著,表示有統計證據支持兩者存在負向線性關係。
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第 40 題1 分

如圖所示,A 和 B 圖的 XX 軸與 YY 軸的範圍相同,下列有關 A 和 B 圖的比較敘述何者錯誤?

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核心觀念

本題比較散布圖的相關程度、決定係數與簡單線性迴歸斜率:

  • 相關係數 rr 表示 XX 與 YY 線性關係的方向與強度;點越集中在直線附近,∣r∣|r| 越大。
  • 簡單線性迴歸的決定係數為 R2=r2R^2=r^2。兩圖皆呈正向關係,因此相關係數較大的圖,其決定係數也較大。
  • 迴歸係數是迴歸線的斜率。題目說兩圖的 XX 軸與 YY 軸範圍相同,因此可直接比較圖中迴歸線的陡峭程度。

解題方法

先看點與迴歸線的貼合程度:B 圖的點較集中在迴歸線附近,因此 B 的相關係數較高,決定係數也較高。

再比較迴歸線斜率:A 圖的迴歸線較陡,B 圖較平,因此 A 的迴歸係數較高。整體比較如下:

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