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한계와 이상치가 있는 결측치의 로버스트 다중대체 방법
Robust multiple imputation method for missings with boundary and outliers 원문보기

응용통계연구 = The Korean journal of applied statistics, v.32 no.6, 2019년, pp.889 - 898  

박유성 (고려대학교 통계학과) ,  오도영 (고려대학교 통계학과) ,  권태연 (한국외국어대학교 국제금융학과)

초록
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항목 무응답(item missing)이 발생한 설문조사에서 결측이 포함된 변수에 이상치(outlier)의 존재와 다른 설문문항 항목과의 논리적 한계(boundary) 조건들이 유의미하다면 결측치 대체문제는 매우 복잡해진다. 한계가 있는 결측값들을 포함한 변수에 이상치가 존재하는 경우, 기존의 회귀분석에 근거한 결측치 대체방법은 편향된 대체값 그리고 한계를 만족하지 않은 대체값을 제시할 가능성이 있다. 이에 본 논문은 회귀모형에 기반을 두고 결측치들을 대체를 함에 있어 이상치와 논리적 한계조건이 자료에 존재하는 경우, 다양한 로버스트 회귀모형과 다중대체 방법의 조합을 통해 해결점을 모색하고자 한다. 이를 위해 이들 방법들의 최적의 조합을 다양한 시나리오별로 모의실험을 통하여 찾아보고 이에 대하여 논의하였다.

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The problem of missing value imputation for variables in surveys that include item missing becomes complicated if outliers and logical boundary conditions between other survey items cannot be ignored. If there are outliers and boundaries in a variable including missing values, imputed values based o...

주제어

표/그림 (4)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 결측메커니즘이 MCAR인 경우의 결과는 관측된 개체들만을 가지고 추정한 결과(OBS)가 MAR에서 문제가 됨을 보이기 위함으로 공간의 제약 때문에 본문에는 제시하지 않았다. 결측 메커니즘이 MCAR이 아닌 MAR이기 때문에 관측치들 만으로 평균을 추정하면(OBS) 추정의 정확성이 좋지 않음을 확인할 수 있다.
  • 본 논문에서는 PMM, LRD, 그리고 BIM-PRD 방법들을 OLS 대신 앞서 제시된 로버스트 회귀모형 추정방법과 결합하여 새로운 결측치 대체방법으로 제안하고 이들의 최적의 조합을 찾고자 한다. 이를 위해 다양한 시나리오별로 생성된 자료에 대하여 모의실험을 실시하였다.
  • 본 논문은 설문조사 자료에서 위와 같은 실질적 문제들이 발생하였을 때 이를 해결하기 위한 방법에 대하여 논의하고자 한다. 항목 무응답이 발생한 경우, 회귀모형에 기반을 두고 이들 결측치들을 대체를 함에 있어 이상치와 논리적 한계조건들이 자료에 존재하는 경우 다양한 로버스트 회귀모형과 베이지안 다중대체 방법의 조합을 통해 해결점을 모색하고자 한다.
  • 본 논문은 회귀모형에 기반을 두고 결측치들을 대체를 함에 있어 이상치와 논리적 한계조건이 자료에 모두 존재하는 경우, 다양한 로버스트 회귀모형과 다중대체 방법의 최적의 조합을 다양한 시나리오별로 모의실험을 통하여 찾아보고 이에 대하여 논의하였다.
  • 에서 MM, LTS, 그리고 DPM에 의한 회귀계수 추정법에 대해 간략하게 논의하고자 한다.
  • 본 논문은 설문조사 자료에서 위와 같은 실질적 문제들이 발생하였을 때 이를 해결하기 위한 방법에 대하여 논의하고자 한다. 항목 무응답이 발생한 경우, 회귀모형에 기반을 두고 이들 결측치들을 대체를 함에 있어 이상치와 논리적 한계조건들이 자료에 존재하는 경우 다양한 로버스트 회귀모형과 베이지안 다중대체 방법의 조합을 통해 해결점을 모색하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이상치(outlier)가 존재하는 경우는 어떤 문제가 발생하는가? 설문조사에서 발생한 항목 무응답(item missing)에 대한 대체(imputation)를 위하여 결측치를 포함한 변수에 대하여 충분한 설명력을 갖는 독립변수들이 존재한다면 회귀모형을 이용할 수 있다. 그러나 자료에 이상치(outlier)가 존재하는 경우 일반적인 회귀모형은 붕괴점(breakdown point)이 0%이기 때문에 회귀계수의 추정에 있어 편향(bias)의 문제가 발생하고 (Park 등, 2012) 이러한 편향된 회귀계수의 추정치는 대체값의 편향으로 이어질 수 있다.
회귀모형에 근거한 베이지안 다중대체 방법에 기각/채택 절차를 추가하는 방법을 적용하는데 있어 고려된 방법은? 두 번째로 결측치를 포함한 변수의 한계(boundary)가 있는 무응답 문제를 해결하기 위하여 기존의 회귀모형에 근거한 베이지안 다중대체 방법에 기각/채택 절차를 추가하는 방법을 먼저 적용하였다. 이를 위해 고려된 방법으로는 Little (1988)의 proportioned mean matching method (PMM) 그리고 Schenker과 Taylor (1996)의 local residual draw method (LRD)이다. Kwon과 Park (2015)은 한계가 있는 결측변수에 대하여 이러한 추가적인 절차 없이도 한계조건의 만족을 보장하는 새로운 다중대체방법인 boundary information matching proportioned residual draw method (BIM-PRD)을 제안하였다.
이상치가 존재하는 경우의 문제점을 위해 어떤 것을 고려하였는가? 먼저 이상치가 존재하는 경우 최소제곱법을 사용하는 일반적인 회귀모형(ordinary least square; OLS)에서 발생하는 추정된 모수의 편향을 해결하기 위한 방법으로 다양한 로버스트 회귀 추정량을 고려하였다. 본 논문에서는 높은 붕괴점을 갖는 MM-추정법 (Yohai, 1987), least trimmed square(LTS)-추정법 (Rousseeuw, 1984) 그리고 Park 등 (2012)의 data partition technique and Mestimation (DPM)-추정법을 기존의 OLS 대신 적용하였다.
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참고문헌 (16)

  1. Geraci, M. and McLain, A. (2018). Multiple imputation for bounded variables, Psychometrika, 83, 919-940. 

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  3. Kwon, T. Y. and Park, Y. (2015). A new multiple imputation method for bounded missing values, Statistics & Probability Letters, 107, 204-209. 

  4. Little, R. J. (1988). Missing-data adjustments in large surveys, Journal of Business & Economic Statistics, 6, 287-296. 

  5. Maronna, R. A. and Yohai, V. J. (2000). Robust regression with both continuous and categorical predictors, Journal of Statistical Planning and Inference, 89, 197-214. 

  6. Park, Y., Kim, D., and Kim, S. (2012). Robust regression using data partitioning and M-estimation, Communications in Statistics-Simulation and Computation, 41, 1282-1300. 

  7. Raghunathan, T. E., Lepkowski, J. M., Van Hoewyk, J., and Solenberger, P. (2001). A multivariate technique for multiply imputing missing values using a sequence of regression models, Survey Methodology, 27, 85-96. 

  8. Rousseeuw, P. and Yohai, V. (1984). Robust regression by means of S-estimators. In Robust and Nonlinear Time Series Analysis (pp. 256-272), Springer, New York. 

  9. Rousseeuw, P. J. (1984). Least median of squares regression, Journal of the American Statistical Association, 79, 871-880. 

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  11. Rubin, D. B. (1987). Multiple Imputation for Nonresponse in Surveys (Vol. 81), John Wiley & Sons. 

  12. Salibian-Barrera, M. and Yohai, V. J. (2006). A fast algorithm for S-regression estimates, Journal of computational and Graphical Statistics, 15, 414-427. 

  13. Schenker, N., Raghunathan, T. E., Chiu, P. L., Makuc, D. M., Zhang, G., and Cohen, A. J. (2006). Multiple imputation of missing income data in the National Health Interview Survey, Journal of the American Statistical Association, 101, 924-933. 

  14. Schenker, N. and Taylor, J. M. (1996). Partially parametric techniques for multiple imputation, Computational Statistics & Data Analysis, 22, 425-446. 

  15. Stromberg, A. J. (1993). Computation of high breakdown nonlinear regression parameters, Journal of the American Statistical Association, 88, 237-244. 

  16. Yohai, V. J. (1987). High breakdown-point and high efficiency robust estimates for regression, The Annals of Statistics, 15, 642-656. 

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