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Metodología: Fiabilidad estadística y pruebas de significancia

Source: vignettes/metodologia.Rmd
metodologia.Rmd

Este artículo describe los criterios estadísticos que dosr aplica para clasificar la calidad de cada estimación y las pruebas de hipótesis disponibles para comparaciones entre años y entre dominios geográficos.

Diseños de encuesta complejos

dosr opera sobre objetos tbl_svy del paquete srvyr, que encapsulan el diseño muestral complejo de la encuesta (estratos, unidades primarias de muestreo y factores de expansión). Todas las estimaciones se calculan respetando este diseño.

Los grados de libertad (gl) de cada dominio se calculan como:

gl=nPSU−nestratos\text{gl} = n_{\text{PSU}} - n_{\text{estratos}}

donde nPSUn_{\text{PSU}} es el número de unidades primarias de muestreo distintas y nestratosn_{\text{estratos}} el número de estratos presentes en el dominio. Un valor bajo de gl indica poca información muestral independiente y es el criterio más restrictivo de la clasificación.

Criterios de fiabilidad

El siguiente diagrama muestra el árbol de decisión completo que se aplica a cada estimación:

Árbol de decisión para clasificar la fiabilidad de cada estimación.

Árbol de decisión para clasificar la fiabilidad de cada estimación.

Proporciones (obs_prop)

Los criterios se aplican en orden de prioridad:

Prioridad Categoría Condición
1 Sin casos nmuestral=0n_{\text{muestral}} = 0
2 No Fiable (gl) gl≤9\text{gl} \leq 9
3 No Fiable (muestra) Tamaño insuficiente (ver abajo)
4 Poco Fiable (EE) Error estándar supera el umbral β\beta
- Fiable Ninguno de los anteriores

Criterio de tamaño muestral para proporciones:

  • Variable dicotómica (2 categorías): se exige nuniverso≥nmínimon_{\text{universo}} \geq n_{\text{mínimo}}, donde nuniverson_{\text{universo}} es la suma de casos de todas las categorías del dominio.
  • Variable con más de dos categorías: se exige nmuestral≥nmínimon_{\text{muestral}} \geq n_{\text{mínimo}} en la celda.
  • universo_crit = TRUE fuerza el uso de nuniverson_{\text{universo}} en cualquier caso.
  • es_var_estudio = TRUE relaja este criterio para variables centrales del instrumento.

Umbral del error estándar (criterio beta):

EEumbral={p̂2/39si p̂<0.5(1−p̂)2/39si p̂≥0.5\text{EE}_{\text{umbral}} = \begin{cases} \dfrac{\hat{p}^{2/3}}{9} & \text{si } \hat{p} < 0.5 \\[8pt] \dfrac{(1-\hat{p})^{2/3}}{9} & \text{si } \hat{p} \geq 0.5 \end{cases}

Si el EE estimado supera este umbral, la estimación es Poco Fiable (EE).

Medias, totales, razones y cuantiles

Para estas estimaciones se usa el coeficiente de variación (CV = EE / |estimación|):

Prioridad Categoría Condición
1 Sin casos nmuestral=0n_{\text{muestral}} = 0
2 No Fiable (gl) gl≤9\text{gl} \leq 9
3 No Fiable (muestra) nmuestral<nmínimon_{\text{muestral}} < n_{\text{mínimo}} (salvo es_var_estudio)
4 No Fiable (CV) CV>cv_umbral_alto\text{CV} > \text{cv\_umbral\_alto} (por defecto 0.30)
5 Poco Fiable (CV) CV>cv_umbral_medio\text{CV} > \text{cv\_umbral\_medio} (por defecto 0.20)
- Fiable Ninguno de los anteriores

Parámetros configurables

Todos los umbrales son configurables en cada función obs_*:

obs_media(
  design_2022,
  var             = "ytotcorh",
  cv_umbral_alto  = 0.30,   # umbral para "No Fiable (CV)"
  cv_umbral_medio = 0.20,   # umbral para "Poco Fiable (CV)"
  n_minimo        = 30L,    # tamaño muestral mínimo
  nivel_confianza = 0.95,   # nivel de confianza para intervalos
  save_xlsx       = FALSE
)

Pruebas de significancia estadística

Cuando se activa sig = TRUE junto con múltiples diseños, dosr calcula tres tipos de comparaciones mediante un test t de Welch adaptado a diseños complejos:

t=θ̂1−θ̂2EÊ12+EÊ22,gltest=min⁡(gl1,gl2)t = \frac{\hat{\theta}_1 - \hat{\theta}_2}{\sqrt{\widehat{\text{EE}}_1^2 + \widehat{\text{EE}}_2^2}}, \qquad \text{gl}_{\text{test}} = \min(\text{gl}_1,\, \text{gl}_2)

Los p-valores se obtienen de la distribución tt de Student con gltest\text{gl}_{\text{test}} grados de libertad. Este enfoque es conservador: usa el mínimo de grados de libertad de los dos grupos comparados, lo que es apropiado cuando los dominios tienen estructuras de varianza distintas.

Tipos de comparación

Tipo Descripción Disponible con
Intra-anual Todas las categorías de una desagregación simple entre sí, para cada año Un diseño o más
Contra último año Cada categoría vs. el año más reciente de la serie Solo con múltiples diseños
Contra nacional Cada categoría vs. el total nacional del mismo año Con desagregación activa

Las tablas de p-valores se escriben en hojas adicionales del Excel de formato. Un p-valor < 0.05 indica diferencia estadísticamente significativa al nivel de confianza configurado.

Salida: estructura del reporte Excel

Cuando save_xlsx = TRUE, el archivo generado contiene dos tipos de hojas:

  • Hoja 1_Consolidado: tabla completa con todas las estimaciones y métricas de calidad (estimación puntual, error estándar, CV, N muestral, N expandido, fiabilidad) para cada combinación de desagregación solicitada.

  • Hojas de formato (2_nac, 2_{variable}): presentación lista para publicar, con bloques separados por métrica. Cuando sig = TRUE y hay múltiples diseños, se agregan tablas de p-valores para las tres comparaciones descritas arriba.

Ver capturas de pantalla de ambos tipos de hoja en la página principal del sitio.

Ejemplo con datos reales 

library(dosr)
library(srvyr)
#> 
#> Attaching package: 'srvyr'
#> The following object is masked from 'package:stats':
#> 
#>     filter

design_2022 <- as_survey_design(casen_2022, ids = varunit,
                                strata = varstrat, weights = expr, nest = TRUE)

# Pobreza extrema por sexo, CASEN 2022
resultado <- obs_prop(
  design_2022,
  sufijo     = "2022",
  var        = "pobreza",
  des        = "sexo",
  porcentaje = TRUE,
  categoria  = "Pobreza extrema",
  save_xlsx  = FALSE,
  verbose    = FALSE
)

cols <- c("sexo", "prop_2022", "se_2022", "n_mues_2022", "fiabilidad_2022")
resultado[resultado$nivel != "Nacional", cols]
#> # A tibble: 2 × 5
#>   sexo      prop_2022 se_2022 n_mues_2022 fiabilidad_2022
#>   <fct>         <dbl>   <dbl>       <int> <chr>          
#> 1 1. Hombre      7.80   0.158        8595 Fiable         
#> 2 2. Mujer       9.14   0.169       11236 Fiable

Comparación inter-anual con pruebas de significancia 

design_2024 <- as_survey_design(casen_2024, ids = varunit,
                                strata = varstrat, weights = expr, nest = TRUE)

# Ingreso medio del hogar por área urbano/rural, 2022 vs. 2024
serie <- obs_media(
  designs = list(design_2022, design_2024),
  sufijo  = c("2022", "2024"),
  var     = "ytotcorh",
  des     = "area",
  sig     = TRUE,
  save_xlsx = FALSE,
  verbose   = FALSE
)

cols_serie <- c("area", "media_2022", "media_2024",
                "fiabilidad_2022", "fiabilidad_2024")
serie[serie$nivel != "Nacional", cols_serie]

Referencias