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이항 반응 자료에 대한 학습곡선의 모형화
Statistical Modeling of Learning Curves with Binary Response Data 원문보기

한국통계학회 논문집 = Communications of the Korean Statistical Society, v.19 no.3, 2012년, pp.433 - 450  

이슬지 (성신여자대학교 통계학과) ,  박만식 (성신여자대학교 통계학과)

초록
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연구자가 같은 작업을 반복적으로 수행할 때, 작업 효율성은 연구에 관련된 지식, 경험, 기술이 축적되면서 향상된다. 결과를 얻기 위해 연구에 투자하는 시간은 같은 작업을 반복함으로써 줄일 수 있다. 이러한 현상을 학습곡선 효과(learning curve effect)라고 일컫는다. 학습곡선(learning curves)은 학습의 변화를 시각적으로 나타낸 것으로 이전의 학습곡선 연구에서는 시간을 일정한 구간으로 나누어 구간별 작업에 대한 숙련도의 평균 차이 여부를 확인하였다. 이러한 방법은 구간을 어떻게 나눌 것인가 하는 기준이 존재하지 않으며, 더욱이 이항 반응 자료로 모형을 적합하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이산형 확률변수 중 이항 반응 자료(베르누이자료)에 대한 학습곡선의 통계적 모형에 초점을 맞추고자 한다. 누적확률분포의 특성을 이용하여 모수를 추정하기 위해서 뉴튼-랩슨 방법(Newton-Raphson method)을 사용하였고, 이 연구에서 제안한 모형의 점근적 분포를 구하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As a worker performs a certain operation repeatedly, he tends to become familiar with the job and complete it in a very short time. That means that the efficiency is improved due to his accumulated knowledge, experience and skill in regards to the operation. Investing time in an output is reduced by...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 모형은 공정변화와 직원교육을 통하여 누적된 경험을 변수로 이용하였다. 동일한 작업의 반복에서 학습을 발생시키는 전통적인 경험 변수들의 역할과 공정변화, 직원교육과 같이 경영에 의한 변수들의 역할이 학습곡선이 발생되는 과정에 각각 어떠한 차이를 보이는지 기술하였다. Williams와 Vivarelli (2000)는 정규분포를 따르는 학습곡선의 신뢰구간을 제시하였다.
  • 의학분야에서는, 임상학적으로 몇 번의 수술을 하였을 때 수술에 능숙도를 보이는지가 주요 관심대상이 된다. 따라서 본 연구에서는 누적확률분포의 특성을 이용하여 학습곡선의 통계적 모형화를 하고자 한다.
  • )에 의해서만 영향을 받는 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 여러 확률분포들 중에서 로지스틱확률분포에 근거하여 진행하고자 한다.
  • 본 연구에서는 학습곡선의 모형화를 위해 로지스틱분포(logistic distribution)를 이용하고자 한다. 로지스틱 분포의 가장 큰 장점은 위치모수를 기준으로 대칭을 이룬다.
  • 분석결과에 대한 객관성을 부여하기 위해 실증연구에서 사용된 자료는 Lim 등 (2002)에서 언급된 방사선 전문의의 유방생체검사(breast biopsy)자료이다 (그림 3 참조). 이 자료는 한 명의 방사선 전문의가 43번의 반복된 검사시행 을 통해 관측하게 된 유방촬영술에 의한 유방생체검사의 성공 여부에 대한 것이다. 그림 5를 통해 각 검사 시행 후의 성공 여부를 확인해 보면 10번째 검사시행 이전에 4번의 실패를 이 방사선 전문의가 경험하였고 그 이후에는 오직 한 번의 실패를 경험하였음을 알 수 있다.
  • 또한 특정 작업을 최초 시도하였을 때 소요되는 시간과 학습곡선의 효과가 완성이 되었을 때 소요시간 등을 예측하였고 소요시간에 대한 근사적인 신뢰구간을 구성하였다. 이를 통해 특정 시점의 소요시간이 어느 정도인지, 그리고 특정한 작업을 얼마만큼 반복적으로 수행해야 원하는 소요시간이 달성되는지 등의 정보를 제안된 통계적 모형으로부터 얻고자 하였다.
  • 이에 본 연구에서는 누 적확률분포의 특성을 이용하여 이항반응자료(성공/실패)에 대한 학습곡선의 효과를 통계적 모형으로 모형화하고자 하였다. 이를 통해 특정 작업의 능숙한 정도(이하 능숙도)가 일정 수준 이상이 되는 시점이 언제인지를 모형에 근거하여 찾고자 하였다. 또한 특정 작업을 최초 시도하였을 때 소요되는 시간과 학습곡선의 효과가 완성이 되었을 때 소요시간 등을 예측하였고 소요시간에 대한 근사적인 신뢰구간을 구성하였다.
  • 결과적으로 연구의 결론이 달라지게 되므로 일반화가 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 누 적확률분포의 특성을 이용하여 이항반응자료(성공/실패)에 대한 학습곡선의 효과를 통계적 모형으로 모형화하고자 하였다. 이를 통해 특정 작업의 능숙한 정도(이하 능숙도)가 일정 수준 이상이 되는 시점이 언제인지를 모형에 근거하여 찾고자 하였다.
  • 이는 연구자에 따라 그 결과와 그에 따른 해석이 상이할 수 있고, 결론적으로 일반화가 용이하지 않다는 한계를 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 좀더 객관적으로 과학적인 방법을 동원하여 이를 극복해 보고자 한다. 즉, 이항 반응 자료의 형태를 취하는 자료에 대해 특정한 누적확률분포함수(cumulative probability distribution function)의 특성을 이용하여 통계적 모형화를 통해 기존 연구에서의 학습곡선 적합의 한계를 보완하고자 한다.
  • 이에 본 연구에서는 좀더 객관적으로 과학적인 방법을 동원하여 이를 극복해 보고자 한다. 즉, 이항 반응 자료의 형태를 취하는 자료에 대해 특정한 누적확률분포함수(cumulative probability distribution function)의 특성을 이용하여 통계적 모형화를 통해 기존 연구에서의 학습곡선 적합의 한계를 보완하고자 한다.

가설 설정

  • 4)와 같다. 본 연구에서는 Yt가 베르누이 분포를 따른다는 가정에 근간하여 모형화를 진행하나, 베르누이 분포를 따르는 Yt를 확장시켜 Yt가 이항분포를 따르는 경우의 모형화로 일반화가 가능하기 때문에 이 절에서는 확률변수 Yt가 이항분포(binomial distribution)인 B(nt , pt)를 따른다고 가정하여 전개하도록 한다. 확률변수 Yt가 이항분포(binomial distribution)인 B(nt , pt)를 따른다고 할 때, 이항분포의 확률질량함수(probability mass function)는
  • 이고, 모형의 단순화를 위해 Yt는 독립이라고 가정한다. 여기서, θ = (θ1, θ2, .
  • 지금까지의 결과는 각 자료의 최종 관측시점(시행횟수)을 500으로 가정한 것이다. 표 3은 표 1과 마찬가지로 각 시나리오에 따른 모수의 참값과 추청값들의 평균(Mean), 표준오차(SE), MAD의 결과를 정리하였으나 최종 관측시점을 50으로 고려한 결과이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
학습곡선 효과란 무엇인가? 19세기 독일의 심리학자 헤르만 에빙하우스는 ‘과제를 수행하는 횟수가 증가할수록 같은 일을 하 는데 드는 시간이 줄어든다.’라는 학습곡선 효과(learning curve effect)를 주장하였다.
학습곡선의 누적합분석은 의학분야에 적용시 어떤 장점이 있는가? 최근에는 의학분야 에서도 시간에 따른 새로운 수술 기법의 습득 정도를 누적합 분석에 이용하여 수술의 품질평가에 이용 하고 있다. 이는, 어떤 수술 기법이 정해진 수준까지 도달하는지의 평가를 시각적으로 쉽게 이해할 수 있다는 장점이 있다. 학습곡선의 누적합 분석은 목표값으로부터의 차이를 순차적으로 누적시키면서 나타냄으로써 미리 정해둔 기준값으로부터 벗어나는 경우를 감지하는 방법이다.
학습곡선은 어디에 사용되는가? 이 현상을 통해 학습곡선 효과에 대한 주장이 실증적으로 입증되었다. 생산 및 작업관 리 분야에서는 노동비용과 생산량의 관계를 설명하기 위해 학습곡선을 사용한다. 학습효과가 보편적 인 용어로 대중화되고, 과거의 경험을 통해 같은 실수를 반복하지 않는다는 의미가 강해지면서 의학 분 야에서는 수술의 경험횟수에 따른 수술의 성공여부를 설명하기 위해 개념화되었다.
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참고문헌 (23)

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