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Tests  d’autocorréla-on  spa-ale

Dans le document II-­‐  Autocorréla-on  Spa-ale (Page 37-46)

•  Les  différents  tests  mesurant    l’autocorréla@on  spa@ale  :      

ü  Tests  pour  variables  qualita-ves:  test  de  couleur  des  cartes  

ü  Tests  globaux  d’autocorréla-on  spa-ale  :  les  valeurs  sont-­‐elles  globalement  (sur   l’ensemble  du  site)  posi-vement  (néga-vement)  corrélées?    

               Deux  indices  principaux  :  I  de  Moran  et  C  de  Geary.  I  préféré  à  C,  en  raison  d’une  stabilité  générale  plus    grande.    

ü  Tests  locaux  d’associa-on  spa-ale  (LISA):  La  valeur  observée  en  i  est-­‐elle  associée   posi-vement  aux  valeurs  des  localisa-ons  voisines  (ressemblances)  ou  

néga-vement  (dissemblance)?  

 Indices  LISA  :  Décomposent  l’indice  global  de  façon  à  iden-fier  la  contribu-on  individuelle  de  chaque    lieu.  Perme_ent  de  détecter  les  poches  locales  d’autocorréla-on  spa-ale    

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

•  Tests  globaux  d’autocorréla@on  spa@ale  :     On  veut  tester  :    

 

H0  :  independance  entre  les  valeurs  de  Y  prises  sur  les  différentes  localisa-ons     (spa-al  randomness)    

 contre     H1  :  associa-on    

 

ü  associa+on  posi+ve  :  les  valeurs  de  Y  proches  ont  tendance  à  être  regroupées  dans   l’espace  (agréga-on)    

ü   associa+on  néga+ve  :  les  voisins  tendent  à  être  dissemblables  (structure  en   damier)    

RQ  :  Les  résultats  de  ces  tests  dépendent  du  choix    de  la  matrice  W    

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

v  I  de  Moran  (1950)  

ü Sta-s-que  la  plus  classique  d’associa-on  spa-ale,  analogue  au  Durbin-­‐Watson  de   séries  temporelles  

I  a  des  valeurs  comprises  entre  -­‐1  et  1  

Classic/best measure of spatial autocorrelation

Depends upon definition of neighboring unit via the spatial weights matrix

Typically ranges from -1 to 1

Like regression, it has a few assumptions

Regional x/y values all come from normal distributions w/same mean and variance for each region

Randomly rearrange the data on map and compute I many times, would have a normal distribution

Why? Because we use the normal distribution to calculate the p-value

Moran’s I

n = number of regions

wij = measure of spatial proximity between region i and j



Product of the deviation from the mean for all pairs of adjacent regions (wij=1)

Sum of the weights (count of all adjacent pairs) Essentially a measure of

variance across the regions

2/15/2011

18

Moran’s I

Classic/best measure of spatial autocorrelation

Depends upon definition of neighboring unit via the spatial weights matrix

Typically ranges from -1 to 1

Like regression, it has a few assumptions

Regional x/y values all come from normal distributions w/same mean and variance for each region

Randomly rearrange the data on map and compute I many times, would have a normal distribution

Why? Because we use the normal distribution to calculate the p-value

Moran’s I

n = number of regions

wij = measure of spatial proximity between region i and j



Product of the deviation from the mean for all pairs of adjacent regions (wij=1)

Sum of the weights (count of all adjacent pairs) Essentially a measure of

variance across the regions

2/15/2011

18

Moran’s I

Classic/best measure of spatial autocorrelation

Depends upon definition of neighboring unit via the spatial weights matrix

Typically ranges from -1 to 1

Like regression, it has a few assumptions

Regional x/y values all come from normal distributions w/same mean and variance for each region

Randomly rearrange the data on map and compute I many times, would have a normal distribution

Why? Because we use the normal distribution to calculate the p-value

Moran’s I

n = number of regions

wij = measure of spatial proximity between region i and j



Product of the deviation from the mean for all pairs of adjacent regions (wij=1)

Sum of the weights (count of all adjacent pairs) Essentially a measure of

variance across the regions

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

ü  Loi  de  la  sta-s-que  de  test  sous  H0  sous  l’hypothèse  de  normalité  (N)    

q   (N):    on  suppose  que  les  observa-ons  (y1,..yn)  sont  des  réalisa-ons  d’un  vecteur   gaussien  à  composantes  i.i.d  sous  H0.    

avec  

   

Z = IEN(I)

VN(I) → N(0,1) sous H0

EN(I)=− 1 n−1

VN(I)= n2S1nS2 +3S02

S02(n2 −1) −EN2(I)

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

ü  Loi  de  la  sta-s-que  de  test  sous  H0  sous  Hypothèse  de  Randomisa9on  (R)    

q  (R):    Lorsqu’on  répar-t  plusieurs  fois  les  données  au  hasard  sur  la  carte  

(permuta-on  des  lieux)    et  qu’on  calcule  I  à  chaque  fois,  la  répar--on  des  valeurs  I   obtenues  est  à  peu  près  gaussienne.    

 

Z = IER(I)

VR(I) → N(0,1) sous H0

ER(I)= 1 n1

VN(I)= n

(

(n23n+3)S1nS2 +3S02

)

K

(

(n2 n)S12nS2+6S02

)

S02(n1)(n2)(n3) ER2(I)

K =

n (yi y)4

i=1 n

(yi y)2

i=1 n

#

$%% &

'((

2

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

ü  Loi  de  la  sta-s-que  de  test  sous  H0  en  l’absence  d’hypothèse  sur  la  distribu@on   de  I  

 

q  Si  on  a  un  doute  sur  N  ou  R,  on  simule  la  loi  de  I  par  Bootstrap  pour  es-mer  la  p-­‐

value.    

Algorithme  :    

1)  On  calcule  I.  

 

2)  On  exécute  B  fois  la  tâche  suivante  :    On  permute  aléatoirement  les  observa-ons   et  on  recalcule  I  :  on  ob-ent  un  ensemble  de  B  valeurs  de  l’indice  de  Moran    

3)  La  p-­‐value  du  test  est  le  pourcentage  de  valeurs  générées  supérieures  à  I  :      

(I1,...,IB)

Nombre de b / Ib > I B

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

ü  Exemples    

Test  de  Moran  avec  hypothèse  N  :    

moran.test(nc.sids$SID79,  listw=sids_nbq_w,  alterna-ve="two.sided",  randomisa-on=FALSE)    

 Moran's  I  test  under  normality    

data:    nc.sids$SID79      

weights:  sids_nbq_w                                                                                          

Moran  I  sta-s-c  standard  deviate  =  2.5927,  p-­‐value  =  0.009524   alterna-ve  hypothesis:  two.sided    

sample  es-mates:  

Moran  I  sta-s-c              Expecta-on                    Variance                0.158977893            -­‐0.010101010              0.004252954      

Conclusion  :  on  reje_e  H0  :  il  existe  une  autocorréla-on  spa-ale  globale,  qui  est  posi-ve  (signe  de   l’indice)  

Pour  un  test  à  5%,  on  reje_e  H0  dès  que   p-­‐value<5%  

Ecart-­‐type  de  la  sta-s-que  de   moran  sous  H0  lorsque  (N)  vraie   Valeur  de  I  

EN(I)  

VarN(I)   H0:  absence  

d’autocorréla-on   H1:  corréla-on    

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

Test  de  Moran  avec  hypothèse  R  :  

 moran.test(nc.sids$SID79,  listw=sids_nbq_w,  alterna-ve="two.sided")      Moran's  I  test  under  randomisa-on  

 

data:    nc.sids$SID79       weights:  sids_nbq_w          

Moran  I  sta-s-c  standard  deviate  =  2.6926,  p-­‐value  =  0.00709   alterna-ve  hypothesis:  two.sided    

sample  es-mates:  

Moran  I  sta-s-c              Expecta-on                    Variance                0.158977893            -­‐0.010101010              0.003943149    

 Conclusion  :  on  reje_e  H0  :  il  existe  une  autocorréla-on  spa-ale  globale,  qui  est  posi-ve   (signe  de  l’indice)  

 

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

 

Test  de  Moran  par  bootstrap:  

   

bperm=moran.mc(nc.sids$SID79,listw=sids_nbq_w,  nsim=999)      

 Monte-­‐Carlo  simula-on  of  Moran's  I    

     data:    nc.sids$SID79          weights:  sids_nbq_w      

     number  of  simula-ons  +  1:  1000        

sta-s-c  =  0.159,  observed  rank  =  990,  p-­‐value  =  0.01   alterna-ve  hypothesis:  greater    

 

H0  :  absence  d’autocorréla-on   H1  :  autocorréla-on  posi-ve   B  

Rang  de  la  valeur  de  I  parmi   les  valeurs  générées  

Tests  d’autocorréla-on  spa-ale  

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