Kursangebote für Studierende über das Leibniz-Rechenzentrum (

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1 Statistik-Manual für SPSS Anmerkung: Softwarebezug über das Leibniz-Rechenzentrum (Barer Straße 21, München, Telefon: (089) oder (089) , /swbezug/lizenzen/spss/). 70 inkl. CD-Gebühr für eine einjährige Lizenz (Lizenzzeitraum: bis ) Kursangebote für Studierende über das Leibniz-Rechenzentrum ( sowie das Institut für Medizinische Statistik und Epidemiologie am Klinikum rechts der Isar (Ismaninger Str. 22, München, Telefon: (089) , /lehre.shtml) Formalia in diesem Statistk-Manual: GROßBUCHSTABEN beziehen sich stets auf die Befehlsfolge in der Menüleiste! Angaben in Anführungszeichen beziehen sich auf Optionen in einzelnen Pop-Up- Fenstern! Das vorliegende Statistik-Manual erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und ersetzt keine einschlägigen Statistik-Lehrbücher. Auch stellt es keine Statistikhilfe dar, sondern einzig und allein einen kurzen Leitfaden zur besseren Orientierung im Umgang mit SPSS und gängigen statistischen Funktionen. Es ist nicht zitierfähig für Ihre Arbeiten und es wird auch keine Gewähr für die vollständige Richtigkeit aller Daten gegeben, auch wenn dieses Manual mit bestem Wissen und Gewissen erstellt wurde! Vorbereitung der Daten: Die gesammelten Daten müssen vor der Verwendung in SPSS auf die Bedingungen des Programms modifiziert werden. Darunter ist zu verstehen, dass SPSS nur mit Zahlenwerten arbeiten kann und somit die einzelnen erhobenen Werte einzelnen Zahlen zugeordnet werden müssen. An Hand der gängigsten Frageformen innerhalb einer Fragebogenerhebung soll dies exemplarisch erläutert werden: Die Frage nach dem Geschlecht stellt eine geschlossene Frage dar, das heißt es gibt eine begrenzte Anzahl an Antwortalternativen und zwar in diesem Fall männlich und weiblich. Damit SPSS hiermit arbeiten kann,müssen den beiden Alternativen Zahlen zugeordnet werden ( männlich eine 1 und weiblich eine 2, bzw. bei Ja-Nein-Fragen: Ja eine 1 und Nein eine 0). Offene Frageformen können (unter erheblichen Mehraufwand) nachträglich, d.h. nach der Datensammlung, kodiert werden. Hierfür müssen die Daten nach Möglichkeit in verständliche und nachvollziehbare Gruppen eingeteilt werden, die in der Folge dann mit entsprechenden Zahlen verbunden werden. Eine Besonderheit sind Fragen mit Mehrfachantworten. Hierbei muss jede einzelne Antwortalternative als eine eigene Ja-Nein-Frage bzw. trift-zu-trifft-nicht-zu-frage formuliert werden. Im Rahmen der Auswertung findet eine weitere (programminterne) Definition der einzelnen Fragen zu ihrer ursprünglichen Mehrfachantwortform statt. Für Labormesswerte stellt sich das Problem der Umkodierung nicht, da diese Messwerte zumeist in Zahlen erfasst werden (z.b. Leukozytenzahl in μl; Laktat in mmol/l). Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 1 von 11

2 Grundlagen von SPSS Stand: 14. Oktober 2005 Programmaufbau Die Anwendung von SPSS ist sehr stark an die gängigen Microsoft-Office-Programme angelehnt, d.h. die Steuerung erfolgt in vergleichbarer Weise über die Menüleiste. Diese baut sich wie folgt auf: DATEI: BEARBEITEN: ANSICHT: DATEN: TRANSFORMIEREN: ANALYSIEREN: GRAFIKEN: EXTRAS: FENSTER: HILFE: u.a. Öffnen, Speichern und Drucken von Dateien u.a. Ausschneiden, Kopieren, Einfügen u.a. Anpassen der Symbolleiste, Darstellung am Bildschirm u.a. Fälle und Variablen (nachträglich) einfügen, Dateien zusammenfügen und teilen, Fälle auswählen (z.b. wenn-dann- Funktionen ), Daten sortieren u.a. Rechenfunktionen definieren (z.b. Daten addieren, BMI errechnen), Variablen neu definieren bzw. zusammenfügen Auswahl statistischer Prozeduren Auswahl und Erstellung von Diagrammen unwichtig! Wechsel zwischen einzelnen Fenstern Hilfefunktion; SPSS besitzt eine sehr gute Hilfe! Neue Dateien erstellen: DATEI NEU DATEN (erstellt eine neue Datei, in welcher die gewonnen Daten gesammelt werden wichtig!)... SYNTAX (erstellt eine Datei, in welcher Rechenbefehle bzw. statistische Prozeduren gespeichert werden können, die für weitere Anwendungen bzw. eine wiederholte Berechnung zur Verfügung stehen sollen für Interessierte!)... AUSGABE und TEXTAUSGABE... SKRIPT (unwichtig!) (erstellt eine neue Datei, in der die Ergebnisse der Rechenbefehle bzw. statistischer Prozeduren dargestellt werden (Tabellen, Diagramme usw.) wichtig!) Die neue Datei öffnet sich in der Variablenansicht sowie mit einer verdeckten Datenansicht. Die Variablenansicht sammelt die Beschreibungen und Definitionen der einzelnen Variablen, also der Parameter oder Fragen (usw.) die in der Arbeit gesammelt wurden. Eine Variable entspricht dabei einer Zeile in der Tabelle. Die Datenansicht stellt wiederum die Sammlung der einzelnen Messwerte dar. Eine Zeile entspricht hier einem Probanden bzw. Teilnehmer der Untersuchung. Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 2 von 11

3 Datenmaske und Dateneingabe: Eine Variable bzw. der Parameter, welcher gemessen werden soll, muss in SPSS näher definiert werden, damit das Programm mit dieser Variable rechnen kann. Dies geschieht über 10 Punkte, die sich in der Variablenansicht über die Spalten verteilen. NAME: Kurzbeschreibung der Variable; es ist ratsam zur besseren Ü- bersicht nicht über 8 Zeichen hinauszugehen wichtig! TYP: wichtig sind hier Numerisch (wenn es die Daten erlauben ist dieser Typ zu bevorzugen SPSS kann nur mit Zahlen rechnen!), Datum (nur wichtig im Zusammenhang mit Altersberechnungen) und String (Textvariable, gilt es nach Möglichkeit zu vermeiden) wichtig! SPALTENFORMAT: Angabe der möglichen Ziffernanzahl, welche eingegeben werden kann (z.b. Körpergröße in cm nur drei Stellen möglich) DEZIMALSTELLEN: abhängig von Variablentyp und gemessenem Parameter VARIABLENLABEL: umfangreichere Beschreibung der Variable (z.b. Frage in Kurzform) wichtig! WERTELABELS: Definition der Ausprägung einer Variable bzw. Skala (z.b. Geschlecht in männlich / weiblich; Notenskala 1 bis 5) wichtig! FEHLENDE WERT: wichtig, wenn die Auskunft eines nicht vorhandenen Wertes von Bedeutung ist (z.b. zu Messzeitpunkt Proband krank, Messzeitpunkt vergessen) SPALTEN: unwichtig! AUSRICHTUNG: unwichtig! MEßNIVEAU: in Abhängigkeit vom Messwert (metrisch, ordinal, nominal) wichtig! Im Anschluss findet die eigentliche Eingabe der Messwerte bzw. Beobachtungen statt. Nachbearbeitung der Daten Einfügen von (neuen bzw. zusätzlichen) Variablen DATEN VARIABLE EINFÜGEN Einfügen von Fällen (an bestimmten Positionen) DATEN FÄLLE EINFÜGEN Neue Variablen berechnen (z.b. BMI berechnen aus Gewicht und Körpergröße; Mittelwertsberechnungen aus den Daten mehrer Messungen) TRANSFORMIEREN BERECHNEN Zielvariable definieren (z.b. neue Variable BMI) und über Typ & Label... näher beschreiben Rechenoperation definieren (z.b. BMI: Variable Körpergewicht dividiert durch Variable Körpergröße im Quadrat) Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 3 von 11

4 Umkodieren von Werten in neue Variable (Klassenbildung, Gruppierungen (z.b.: aus Altersangaben Altersklassen bilden); wenn-dann-funktionen (z.b.: wenn Leukozytenzahl > μl, dann Wertelabel positiv, sonst negativ ) TRANSFORMIEREN UMKODIEREN IN ANDERE VARIABLEN Alte und neue Werte... :... Falls... : definiert was mit welchem alten Wert passiert und wie dieser neu heißt Erweiterung der Möglichkeit von zuvor; erlaubt umfangreiche rechnerische Funktionen Sortieren von Daten nach entsprechenden Variablen DATEN FÄLLE SORTIEREN... Selektion von Beobachtungen DATEN FÄLLE AUSWÄHLEN Alle Fälle : alle Fälle werden berücksichtigt, hebt bereits gemachte Selektionen auf... Falls Bedingung zutrifft : Auswahl von Fällen, die eine bestimmte Bedingung erfüllen (z.b. Mitglied im Sportverein: ja-nein Falls : Variable Mitglied im Sportverein auswählen Funktion definieren)... Zufallsstichprobe : SPSS wählt eine Zufallsstichprobe aus... Nach Zeit- oder Fallbereich : Auswahl bestimmter Zeitintervalle... Filtervariable verwenden : alle Daten die keinen Wert zu dieser Variable haben bzw. eine 0 haben werden ausgeschlossen Achtung: Nicht ausgewählte Fälle Filtern beibehalten, da sonst die ausgewählten Daten verloren gehen! Auswertung Teil I Deskriptive Statistik Die deskriptive Statistik dient der Überblicksgewinnung, indem man die Lage und Verteilung der Messwerte erkennen und z.b. Ausreißerwerte leicht identifizieren kann. Häufigkeiten ANALYSIEREN DESKRIPTIVE STATISTIK HÄUFIGKEITEN Entsprechende Variable auswählen, die berechnet werden soll; Statistik... Diagramme... Format... je nach Bedarf und Datenmaterial (nur bei stetigen Variablen!) können verschiedene Kenngrößen berechnet werden verschiedene Diagrammtypen definiert verschiedene Sortieroptionen Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 4 von 11

5 Auswertung Teil II Multivariate Datenanalyse Stand: 14. Oktober 2005 Multivariate Datenanalyse eruiert den Zusammenhang zwischen mehreren Merkmalen (etwa eine Zielgröße und mehrere Einflussgrößen), indem analysiert wird, von welchen Faktoren die Zielgröße tatsächlich abhängt und wie deren Einfluss quantifiziert werden kann. Diskrete Variable: Eine Variable, die nur endlich viele (z. B. die Zahl der Zimmer in eine Wohnung) oder abzählbar unendlich viele Werte (bei Zufallsexperimenten die Zahl der Wiederholungen, bis ein bestimmtes Ereignis eintritt) annehmen kann. Stetige Variable: Eine Variable, die beliebige Werte (oft: innerhalb eines bestimmten Intervalls) annehmen kann. Beispiele sind Temperatur, Gewicht, Körpergröße. Zusammenhang zwischen diskreten Variablen Kreuztabellen ANALYSIEREN TABELLEN BENUTZERDEFINIERTE TABELLEN... Variablen entsprechend der gewünschten Darstellung auf Spalten und Zeilen verteilen; genauer auszuwertende Variable markieren und über Auswertungsstatistik... die gewünschten zu errechnenden Kenngrößen angeben Stetige Variable in Abhängigkeit von einer diskreten Variablen ANALYSIEREN DESKRIPTIVE STATISTIK EXPLORATIVE DATENANALYSE Abhängige Variable : Faktorenliste : Statistik : definieren, für welche Variable die Analyse durchgeführt werden soll definieren, nach welcher Variable gruppiert werden soll Häkchen bei Deskriptive Statistik machen und Konfidenzintervall festlegen (i.d.r. 95%) Stetige Variable in Abhängigkeit von zwei oder mehr diskreten Variablen Kreuztabellen ANALYSIEREN TABELLEN BENUTZERDEFINIERTE TABELLEN... Variablen entsprechend der gewünschten Darstellung auf Spalten und Zeilen verteilen; genauer auszuwertende Variable markieren und über Auswertungsstatistik... die gewünschten zu errechnenden Kenngrößen angeben Zusammenhang zwischen stetigen Variablen Korrelation (rechnerisch) Pearson-Korrelationskoeffizient Voraussetzung: Quantitative Variablen und annähernd NV Spearman-Korrelationskoeffizient Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 5 von 11

6 Voraussetzung: mindestens ordinalskalierte Variablen Stand: 14. Oktober 2005 ANALYSIEREN KORRELATION BIVARIAT Korrelationskoeffizienten angeben Pearson oder Spearman... Optionen : gewünschte statistische Kenngrößen auswählen Regressionsanalyse (grafisch) Voraussetzung: stetige Variablen, nach Möglichkeit NV GRAFIKEN STREUDIAGRAMM... Y-Achse, X-Achse definieren; nach Bedarf Markierungen festlegen durch (unterschiedliche Darstellung der Punkte nach den Ausprägungen der ausgewählten Variable) Regressionsanalyse (rechnerisch) ANALYSIEREN REGRESSION LINEAR... Abhängige Variable (Wert der y-achse) und Unabhängige Variable (x-achse) definieren Wann ist welcher Test richtig? Art des Vergleichs Mehr als zwei Gruppen Art des Merkmals unabhängig abhängig unabhängig binär χ 2 -Test exakter Test von Fisher Zwei Gruppen McNemar- Test χ 2 -Test exakter Test von Fisher Cochrans Q- Test nominal χ 2 -Test exakter Test von Fisher - χ 2 -Test exakter Test von Fisher Merkmale ordinal oder stetig (nicht normalverteilt) Wilcoxon- bzw. Mann-Whitney- Test Vorzeichen- Test Wilcoxon-Test für abhängige Stichproben Kruskal-Wallis- Test stetig und normalverteilt Ungepaarter t-test Gepaarter t-test F-Test (ANOVA) ANOVA für Messwertwiederholungen abhängig - Friedman-Test Nach: Bender, Lange & Ziegler: Wichtige Signifikanztests. Dtsch Med Wochenschr 2002; 127: T 1-T 3. Qualitatives Merkmal Ein Merkmal, dessen Ausprägungen sich begrifflich unterscheiden. Das Skalenniveau kann nominal oder ordinal sein. Quantitatives Merkmal Es wird durch einen Zähl- oder Messvorgang erfasst; die Ausprägungen unterscheiden sich zahlenmäßig. Das Skalenniveau ist metrisch. Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 6 von 11

7 Test auf Normalverteilung Grafisch GRAFIKEN HISTOGRAMM... Zu testende Variable wählen; Häkchen bei Normalverteilungskurve anzeigen Kolmogorov-Smirnov-Test ANALYSIEREN NICHTPARAMETRISCHE TESTS K-S BEI EINER STICHPROBE Zu testende Variable auswählen Auswertung Teil III Statistische Testverfahren Parametrische Tests Diese gehen davon aus, dass die beobachteten Stichprobendaten einer Grundgesamtheit entstammen, in der die Variable(n) bzw. Merkmale ein bestimmtes Skalenniveau und eine bestimmte Verteilung aufweisen, häufig Intervallskalenniveau und Normalverteilung. t-test für unabhängige Stichproben Voraussetzung: Testvariable (zu untersuchende Variable) sollte normalverteilt sein; Gruppenvariable mit der zwei unabhängige Stichproben gebildet werden können ANALYSIEREN MITTELWERTE VERGLEICHEN T-TEST BEI UNABHÄNGIGEN STICHPROBEN... Testvariable(n) festlegen; Gruppenvariable festlegen und über Gruppen def... definieren; unter Optionen... kann das Konfidenzintervall festgelegt werden t-test für abhängige Stichproben Voraussetzung: Testvariable bzw. Gepaarte Variablen muss einen Bezug zueinander haben, d.h. sie sind abhängig voneinander (z.b. Vorher-Nachher-Messung); eine Gruppenvariable entfällt ANALYSIEREN MITTELWERTE VERGLEICHEN T-TEST BEI GEPAARTEN STICHPROBEN... Auswahl von zwei abhängigen Variablen zu Gepaarte Variable ; unter Optionen kann das Konfidenzintervall festgelegt werden χ 2 -(Chi-Quadrat)-Test und exakter Test von Fisher bei Vierfeldertafeln Voraussetzung: Zielvariable kann nur zwei Ausprägungen (z.b. ja-nein, 1 und 0) annehmen Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 7 von 11

8 ANALYSIEREN DESKRIPTIVE STATSTIK KREUZTABELLEN... Zeilen : Gruppierungsvariable Spalten : Zielvariable Schicht 1 von 1 : erlaubt weitere Gruppierungen Exakt... : bei kleinen Stichproben (bzw. ein Feld <5 Fälle) entspricht dann dem exakten Test von Fisher Statistik... : Häkchen bei Chi-Quadrat Vergleich von mehr als zwei Stichproben Univariate Varianzanalyse (ANOVA) für unabhängige Stichproben Voraussetzung: Zielvariable müssen normalverteilt sein; Varianzhomogenität innerhalb der zu vergleichenden Stichproben; Gruppierungsvariable (hier Faktor ), welche die Stichprobe in zwei unabhängige Gruppen aufteilt ANALYSIEREN MITTELÖWERTE VERGLEICHEN EINFAKTORIELLE ANOVA... Abhängige Variablen : Faktor : Post Hoc... : Options... : mindestens eine Zielvariable Gruppierungsvariable Häkchen bei Bonferroni Häkchen bei Deskriptive Statistik Nicht-Parametrische Tests Diese kommen mit anderen Vorannahmen aus. Die Menge der für Hypothese und Alternative zugelassenen Verteilungen ist nicht durch einen Parameter beschreibbar. Vergleich von zwei unabhängigen Stichproben Wilcoxon- bzw. Mann-Whitney-U-Test Voraussetzung: mindestens zwei quantitative bzw. metrische bzw. ordinalskalierte Variablen (zu untersuchende Größe / Testvariablen ); Gruppenvariable, welche zwei unabhängige Stichproben definiert ANALYSIEREN NICHTPARAMETRISCHE TESTS ZWEI UNABHÄNGIGE STICH- PROBEN... Testvariablen : Gruppenvariable : festlegen auf welche Variablen der Test angewendet werden soll definieren der Variable, welche die Gruppenkennung enthält; danach Gruppen definieren... Welche Tests durchführen? : Häkchen bei Mann-Whitney-U-Test Exakt... : bei Stichproben <25 Messungen je Gruppe Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 8 von 11

9 Optionen : Stand: 14. Oktober 2005 Häkchen bei Deskriptive Statistik (berechnet Mittelwert, Standardabweichung, Minimum, Maximum, Anzahl fehlender Werte) und evt. bei Quartile (gibt 25%, 50% bzw. 75% Perzentile für die Testvariablen an) Vergleich von zwei abhängige Stichproben Vorzeichen-Test Voraussetzung: mindestens ordinalskalierte Daten; mindestens zwei abhängige Variablen (z.b. Vorher-Nachher-Messung bzw. unterschiedliche aufeinander folgende Messung) ANALYSIEREN NICHTPARAMETRISCHE TESTS ZWEI VERBUNDENE STICH- PROBEN Ausgewählte Variablenpaare : zwei Variablen, die untersucht werden sollen auswählen Welche Tests durchführen? : Häkchen bei Vorzeichen Exakt... : bei kleinen Stichproben (<20) Optionen... : Häkchen bei Deskriptive Statistik (berechnet Mittelwert, Standardabweichung, Minimum, Maximum, Anzahl fehlender Werte) und nach Bedarf bei Quartile (gibt 25%, 50% bzw. 75% Perzentile für die Testvariablen an) Vergleich von zwei und mehr abhängigen Stichproben Wilcoxon-Test Voraussetzungen: mindestens ordinalskalierte Daten; mindestens zwei abhängige Variablen (z.b. Vorher-Nachher-Messung bzw. unterschiedliche aufeinander folgende Messung) ANALYSIEREN NICHT-PARAMETRISCHE TESTS ZWEI VERBUNDENE STICH- PROBEN... Welche Tests durchführen? : Häkchen bei Wilcoxon Exakt... : bei kleinen Stichproben Optionen... : Häkchen bei Deskriptive Statistik (berechnet Mittelwert, Standardabweichung, Minimum, Maximum, Anzahl fehlender Werte) und nach Bedarf bei Quartile (gibt 25%, 50% bzw. 75% Perzentile für die Testvariablen an) Vergleich von mehr als zwei unabhängigen Stichproben Kruskal-Wallis-Test Vorausstezung: mindestens zwei Variablen; Gruppierungsvariable, welche zwei unabhängige Stichproben bildet ANALYSIEREN NICHT PARAMETRISCHE TESTS K UNABHÄNGIGE STICHPRO- BEN... Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 9 von 11

10 Testvariablen : Gruppenvariable : Stand: 14. Oktober 2005 Variablen, welche getestet werden sollen; Variable, welche die Gruppierung in die unabhängigen Stichproben aufteilt; danach Bereich definieren... Welche Tests durchführen? : Häkchen bei Kruskal-Wallis-H Exakt... : bei kleinen Stichproben (mindestens eine Stichprobe <5) Optionen... : Häkchen bei Deskriptive Statistik (berechnet Mittelwert, Standardabweichung, Minimum, Maximum, Anzahl fehlender Werte) und nach Bedarf bei Quartile (gibt 25%, 50% bzw. 75% Perzentile für die Testvariablen an) Vergleich von mehr als zwei abhängigen Stichproben Friedman-Test Vorausstezung: mindestens drei Variablen (z.b. Messwerte von drei aufeinander folgenden Messungen) ANALYSIEREN NICHTPARAMETRISCHE TESTS K VERBUNDENE STICHPRO- BEN... Testvariablen : mindestens zwei Variablen auswählen Welche Tests durchführen? : Häkchen bei Friedman Exakt... : bei kleinen Stichproben (mindestens eine Stichprobe <5) Optionen... : Häkchen bei Deskriptive Statistik (berechnet Mittelwert, Standardabweichung, Minimum, Maximum, Anzahl fehlender Werte) und nach Bedarf bei Quartile (gibt 25%, 50% bzw. 75% Perzentile für die Testvariablen an) Ausgabedatei Darstellungsdatei, in der die Ergebnisse in Form von Tabellen bzw. Diagrammen präsentiert werden. Diese können über Copy & Paste z.b. in Word übertragen werden. Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 10 von 11

11 Literatur spezifisch für SPSS Busch R: SPSS Statistik-Software-Kurs für Mediziner Kursmanual. Institut für Medizinische Statistik und Epidemiologie der Technischen Universität München (2004) Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen: SPSS Fortgeschrittene Durchführung fortgeschrittener statistischer Verfahren (2001) Eckstein P P: Angewandte Statistik mit SPSS. Wiesbaden: Gabler (2004) Bühl A & Zöfel P: SPSS 12, m. CD-ROM. München: Pearson Studium (2004) Janssen J & Laatz W: Statistische Datenanalyse mit SPSS für Windows. Eine anwendungsorientierte Einführung in das Basissystem und das Modul Exakte Tests. Berlin: Springer (2005) Duller C: Einführung in die Statistik mit EXCEL und SPSS Ein anwendungsorientiertes Lehr- und Arbeitsbuch. Berlin: Springer (2006) Literatur für statistisches Basiswissen Weiß C: Basiswissen medizinische Statistik. Berlin: Springer (2005) Online-Supplement Statistik der Deutschen Medizinischen Wochenschrift im freien Zugriff unter: Feedback Zur weiteren Optimierung des Statistik-Manuals freuen wir uns über jegliche Rückmeldungen von Ihrer Seite unter: selg@sp.tum.de Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung Seite 11 von 11