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패널자료에서의 항목무응답 대체 방법 비교
Comparison of imputation methods for item nonresponses in a panel study 원문보기

응용통계연구 = The Korean journal of applied statistics, v.30 no.3, 2017년, pp.377 - 390  

이혜정 (고려대학교 통계학과) ,  송주원 (고려대학교 통계학과)

초록
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설문조사를 실시할 때 응답자가 설문조사의 일부 문항에 대하여 응답하지 않는 경우 항목무응답이 발생한다. 무응답이 발생한 자료를 제외하고 완전하게 응답된 자료 만에 근거한 분석은 분석 결과에 편의가 발생할 수 있으므로, 이를 채워 넣어 완전한 형태의 자료로 분석하기 위해서 무응답 대체가 흔히 사용되고 있으며 여러 가지 무응답 대체 기법들을 비교하는 연구들도 많이 존재한다. 패널조사 연구는 연구 대상 패널에 대하여 정해진 시간에 따라 반복적으로 동일한 설문 문항에 대하여 응답을 조사하여 시간에 따른 변화를 살펴보는 조사 방법을 나타낸다. 패널조사 자료의 항목 무응답을 대체할 때 이전 시점의 응답 자료가 존재한다면 이를 포함하여 대체를 실시하는 것이 바람직한 것으로 여겨져 왔으나 이에 관한 직접적인 연구는 찾기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 패널자료에서 이전 시점의 정보를 고려하지 않고 대체를 실시하는 방법과 이전 시점의 정보를 활용하여 대체하는 방법들 중에서 어느 대체 방법이 보다 적절한 대체를 제공하는지 살펴보았다. 특히 이전 시점의 응답 정보를 이용하는 방법인 비대체, 선형혼합모형을 이용한 대체와 선형혼합모형에 근거한 베이지안 대체 방법을 고려하였고, 이를 이전 시점의 정보를 고려하지 않는 대체 방법들 중 흔히 사용되는 평균대체, 핫덱대체 방법과 비교하였다. 모의실험 결과 선형혼합모형에 근거한 베이지 안 대체 방법이 다른 대체 방법에 비해 무응답 비율이 높아지더라도 편의도 작으며 평균에 관한 95% 신뢰구간의 포함률도 높게 나타나서 가장 좋은 대체 방법으로 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

When conducting a survey, item nonresponse occurs if the respondent does not respond to some items. Since analysis based only on completely observed data may cause biased results, imputation is often conducted to analyze data in its complete form. The panel study is a survey method that examines cha...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 5가지 대체 방법 외에 무응답을 제외하고 완전한 케이스만을 가지고 분석한 결과도 함께 제시하였다.
  • 패널자료는 횡단면 자료와 달리 무응답이 발생한 변수의 이전 시점에 측정한 정보를 가지고 있다는 장점이 있다. 그렇기 때문에 이전 시점의 정보를 이용하여 대체하는 방법들이 보다 적절한 대체를 실시하는지 살펴보고, 이전 시점의 정보를 이용하여 대체하는 방법들 중에서 어느 대체 방법이 보다 적절한 대체를 제공하는지 모의실험을 통해 조사해 보았다. 과거 정보를 이용하는 방법인 선형혼합모형을 이용한 대체와 선형혼합모형에 근거한 베이지안 대체 방법, 그리고 비대체를 고려하였고, 이와 함께 평균대체와 핫덱대체도 비교하여 살펴보았다.
  • 여러 가지 대체 방법이 사용되고 있으나 대부분 횡단면 자료의 대체 방법에 중점을 두고 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 패널자료에서 대체를 실시하는 방법에 초점을 맞추어 이전 시점의 정보를 이용하여 대체하는 방법들 중에서 어느 대체 방법이 보다 적절한 대체를 제공하는지 살펴보았다. 과거 정보 및 현재 시점의 연관 정보를 이용하는 방법인 선형혼합모형을 이용한 대체와 선형혼합모형에 근거한 베이지안 대체 방법을 고려하였고, 이와 함께 이전 시점의 정보를 사용하는 비대체 방법도 함께 살펴보았다.
  • 하지만 해외 유사 자료에서의 무응답률은 소득관련 변수에서 약 30% 정도로 상당히 높게 나타나는 것이 일반적이며 개인 사생활 중시 풍조 등과 맞물려 국내 조사 자료들에서의 무응답 비율도 증가하는 추세를 보이고 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 한국노동패널자료의 무응답 비율보다 상당히 높은 실험 조건 하에서 모의실험을 실시하여 추후 무응답 비율이 높아지는 경우를 대비하고자 하였다. 한편, 5장에서는 실제 자료인 한국노동패널자료를 가지고 무응답 대체를 적용하였는데 무응답 비율이 낮으므로 대체 후 대체 방법 간의 편의가 크지 않게 나와
  • 무응답이 존재하는 응답자의 자료는 분석에서 제외되어 추정량에 편의가 발생할 가능성이 있으므로 이를 대체한 후 완전한 형태의 자료로 제공하여 분석할 수 있도록 무응답을 대체하는 방법이 흔히 사용되고 있다. 본 연구에서는 패널자료에서 무응답 대체를 실시할 때, 패널자료의 특성을 이용한 대체 방법들의 성능을 살펴보았다. 패널자료는 횡단면 자료와 달리 무응답이 발생한 변수의 이전 시점에 측정한 정보를 가지고 있다는 장점이 있다.

가설 설정

  • 그리고 독립적으로 동일한 무응답 비율에 따라 무작위로 추출한 가구의 15차 총근로소득을 무응답으로 처리하였다. MAR 가정을 만족하도록 첫 번째 차수인 13차 총근로소득은 무응답이 없이 모두 값을 가지고 있다고 가정하였다. 이 가정은 또한 14차 자료에 대한 비대체를 할 때 비의 분모가 결측되지 않도록 하는 효과를 지닌다.
  • q) 행렬로 이 때 q는 랜덤효과에 포함된 변수의 개수를 의미하며, β = (β1 , β2 , . . . , βp ) T 는 모집단에 대한 고정효과를 나타내는 계수이며, b i = (bi1 , bi2 , . . . , biq ) T 는 i번째 개체에 대한 랜덤효과를 나타내는 계수로 일반적으로 정규분포(bi ∼ N (0, Ψ))를 가정하며, 그리고 ϵi 는 i번째 개체에 대한 오차항으로 ϵi ∼ N (0, σ2 I)를 가정한다.
  • 모의실험을 위하여 13–15차에서 총근로소득을 모두 응답한 4,849가구만을 고려하였고 이 중 월평균 생활비를 응답하지 않은 5가구를 제외하여 총 4,844가구를 연구 대상 모집단으로 간주하였다. 그리고 무응답 자료의 생성을 위하여 결측자료메커니즘이 missing at random (MAR)을 따른다는 가정 하에서 10%, 20%, 그리고 40%의 무응답이 발생하였다고 가정하였다. 무응답을 생성하기 위하여 총근로소득과 연관성이 높은 교육과 월평균 생활비를 가지고 자료를 9개 그룹으로 나누었다.
  • 최종 모형은 설명변수(고정효과)로 월평균생활비(로그 변환함), 가구주의 학력(고졸 미만, 전문대졸 미만, 전문대졸 이상의 3개 범주), 성별, 가구원수, 그리고 연속형 변수로 고려한조사차수를 포함하도록 구성하며, 절편과 기울기에 해당하는 조사차수의 계수가 랜덤효과로 선정되었다. 랜덤효과의 분산의 구조는 특정한 패턴을 가지지 않는다고 가정(unstructured로 설정)한 후 모형을 적합하였다. 총근로소득의 무응답값은 식 (2.
  • 패널자료에서는 총근로소득을 매 차수에서 조사하므로 무응답이 조사대상 변수의 이전 값에 의존하는 것이 가능하므로 조사 시점의 총근로소득이 많을수록 무응답이 많이 발생한다고 가정하였다. 이를 위하여 9개 각각의 그룹에서 중위수를 기준으로 중위수 미만에서는 그룹별 무응답 가구 수의 30%, 중위수 이상에서는 70%의 무응답이 발생한다고 가정하였다. 그런데 무응답 비율이 40%인 경우 무응답의 비율이 높아 일부 그룹에서 필요한 무응답 가구수를 추출할 수 없어 이 경우 중위수 미만에서는 28%로, 중위수 이상에서는 72%의 가구에서 무응답이 발생하도록 조정하였다.
  • 학력 범주는 1차년도와 동일한 범주값을 적용 하였다. 패널자료에서는 총근로소득을 매 차수에서 조사하므로 무응답이 조사대상 변수의 이전 값에 의존하는 것이 가능하므로 조사 시점의 총근로소득이 많을수록 무응답이 많이 발생한다고 가정하였다. 이를 위하여 9개 각각의 그룹에서 중위수를 기준으로 중위수 미만에서는 그룹별 무응답 가구 수의 30%, 중위수 이상에서는 70%의 무응답이 발생한다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
패널조사 연구란? 무응답이 발생한 자료를 제외하고 완전하게 응답된 자료 만에 근거한 분석은 분석 결과에 편의가 발생할 수 있으므로, 이를 채워 넣어 완전한 형태의 자료로 분석하기 위해서 무응답 대체가 흔히 사용되고 있으며 여러 가지 무응답 대체 기법들을 비교하는 연구들도 많이 존재한다. 패널조사 연구는 연구 대상 패널에 대하여 정해진 시간에 따라 반복적으로 동일한 설문 문항에 대하여 응답을 조사하여 시간에 따른 변화를 살펴보는 조사 방법을 나타낸다. 패널조사 자료의 항목 무응답을 대체할 때 이전 시점의 응답 자료가 존재한다면 이를 포함하여 대체를 실시하는 것이 바람직한 것으로 여겨져 왔으나 이에 관한 직접적인 연구는 찾기 힘들다.
무응답이 발생한 자료를 제외하면 어떤 현상이 발생하는가? 설문조사를 실시할 때 응답자가 설문조사의 일부 문항에 대하여 응답하지 않는 경우 항목무응답이 발생한다. 무응답이 발생한 자료를 제외하고 완전하게 응답된 자료 만에 근거한 분석은 분석 결과에 편의가 발생할 수 있으므로, 이를 채워 넣어 완전한 형태의 자료로 분석하기 위해서 무응답 대체가 흔히 사용되고 있으며 여러 가지 무응답 대체 기법들을 비교하는 연구들도 많이 존재한다. 패널조사 연구는 연구 대상 패널에 대하여 정해진 시간에 따라 반복적으로 동일한 설문 문항에 대하여 응답을 조사하여 시간에 따른 변화를 살펴보는 조사 방법을 나타낸다.
무응답 대체 방법에는 어떤 것이 있는가? 일반적으로 무응답이 존재하는 응답자의 전체 응답이 분석에서 제외되기 때문에 이를 채워 넣어 완전한 형태의 자료를 분석하기 위해서 무응답 대체(imputation)가 흔히 사용되고 있다. 대체 방법에는 평균대체(mean imputation)처럼 간단한 방법부터 회귀대체(regression imputation)와 확률적 회귀대체(stochastic regression imputation) 등 명시적 모형에 근거한 대체가 있으며, 핫덱대체(hot deck imputation)와 콜드덱대체(cold deck imputation)처럼 내재적 모형에 근거한 대체 방법이 있다. 이러한 대체 방법들은 주로 횡단면 자료(cross-sectional data)에서 무응답이 발생할 때 사용하는 방법이지만 패널자료(panel data)에서도 적용하는 경우가 많다.
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참고문헌 (10)

  1. Dempster, A. P., Laird, N. M., and Rubin, D. B (1977). Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm, Journal of the Royal Statistical Society, 39, 1-38. 

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  3. Frick, J. R. and Grabka, M. M. (2004). Missing Income Data in the German SOEP: Incidence, Imputation and its Impact on the Income Distribution, DIW Discussion Papers No. 376, DIW Berlin. 

  4. Laird, N. M. and Ware, J. H. (1982). Random-effects models for longitudinal data, Biometrics, 38, 963-974. 

  5. Lee, K., Lee, J., Shin, S., Lee, H., and Kim, K. (2015). The Economic Activity of Korean Individuals and Hou-eholds-2014 (Wave 17) Annual Report of the KLIPS Study, Korea Labor Institute. 

  6. Little, R. J. A., and Rubin, D. B. (2002). Statistical Analysis with Missing Data, John Wiley, New York. 

  7. Schafer, J. L. and Yucel, R. M. (2002). Computational strategies for multivariate linear mixed-effects models with missing values, Journal of Computational and Graphical Statistics, 11, 437-457. 

  8. Song, J. (2015). A Study of Improved Item Nonresponse Imputation Methods for KLIPS, Korea Labor Institute. 

  9. Taylor, M. F., Brice, J., Buck, N., and Prentice-Lane, E. (2010). British Household Panel Survey User Manual Volume A-Introduction (Technical Report and Appendices), University Essex, Colchester. 

  10. U.S. Census Bureau (2016). Survey of Income and Program Participation 2014 Panel Users' Guide, U.S. Department of Commerce Economic and Statistics Administration U.S. Census Bureau. 

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