現代統計學理論和方法的不斷完善,使科研工作對統計方法的要求也越來越高,面對紛繁復雜的數據,如何選擇最為合適的數據分析方法已成為科研工作者,尤其是廣大剛處于科研生涯起步階段的研究生們最為棘手問題。隨著科學的發展,一些科學問題的回答往往基于結構較為復雜的數據結構之上,傳統或經典的統計分析方法已很難應對此類數據。結構方程模型(Sructural Equation Model)是一種建立、估計和檢驗因果關系模型的方法,它是基于變量的協方差矩陣來分析變量之間關系的一種統計方法,它可以替代多重回歸、因子分析、協方差分析等方法,利用圖形化模型方式清晰分析研究系統中變量間的相互關系,是近年來地學、生態、進化、環境、醫學、社會、經濟領域應用十分廣泛的統計方法,具有強大的數據分析功能和廣泛的適用性。然而,自Wright在1920年美國科學院院刊(PNAS)提出第一個通徑分析方法發展至今的100年時間結構方程模型已發展出有較為龐大的理論體系和復雜多變的形式,使初學者往往無所適從。
專題1:統一基礎:【R入門及Rstudio與結構方程模型(SEM)生態領域應用】
1) R及Rstudio介紹:背景、軟件及程序包安裝、基本設置等
2) R語言基本操作,包括向量、矩陣、數據框及數據列表等生成和數據提取等
3) R語言數據文件讀取、整理(清洗)、結果存儲等(含tidverse)
4) R語言基礎繪圖(含ggplot):基本繪圖、排版、發表質量繪圖輸出存儲
1)SEM的定義、生態學領域應用及歷史回顧
2)SEM的基本結構
3)SEM的估計方法
4)SEM的路徑規則
5)SEM路徑參數的含義
6)SEM分析樣本量及模型可識別規則
7)SEM構建基本流程
專題2: R語言SEM分析入門:lavaan VS piecewiseSEM
1)結構方程模型在生態學研究中的應用介紹及模型要點回顧
2)結構方模型估計方法:局域估計和全局估計的基本工作原理、主要區別及應用情景分析
3)案例群落物種豐富度恢復的直接及間接效應(direct and indirect effects):SEM分析基本流程-lavaan vs piecwiseSEM
? ?(1)模型建立
? ?(2)模型擬合
? ?(3)模型評估
? ?(4)結果展示
課后練習:1.根據元模型(meta-model)構建模型
2.課后練習:火燒干擾后植物群落恢復直接、間接及調節效應分析
專題3:基于lavaan的SEM在生態學領域高階應用
案例1:濕地生態系統初級生產力的直接和間接效應分析
? (1)問題提出、元模型構建
? (2)模型構建及模型估計
? (3)模型評估:路徑增加和刪減原則、最優模型篩選方法
? (4)結果表達
案例2:火燒干擾后植物群落恢復效果評估-數據缺失和正態性不足數據處理-
案例3:放牧對海拔與生物量關系的影響分析-數據分組分析
案例4:農業用地比例對河口水草多度影響-數據分層/嵌套分析
課后練習:環境異質性和資源可獲得性對不同演替階段林下維管植物多樣性的影響
專題4:基于lavaan的SEM潛變量分析在生態學領域應用
(1)潛變量的定義、優勢及應用背景分析
(2)潛變量分析lavaan實現基本原理
(3)案例1:海岸帶米草群落生態恢復表現預測-單潛變量模型構建
(4)案例2:城市景觀中土地利用對有花植物資源和訪華昆蟲的直接與間接影響-多個潛變量模型構建
課后練習案例:植物多樣性、能量梯度及環境梯度對動物多樣性格局的影響-構建動物多樣性潛變量
專題5:基于lavaan的SEM復合變量分析在生態學領域應用
(1)復合變量的定義及在生態學領域應用情景分析
(2)復合變量分析lavaan實現途徑
(3)案例1:生態力與生物多樣性形成機制分析-土壤理化因子的多復合變量構建
(4)案例2:火燒后植被恢復對物種豐富度影響-復合變量解決非線性問題
(5)案例3:氣候暖化、海平面上升對濕地植物群落的復合影響-復合變量解決交互作用問題
課后實例講解:植物群落物種多樣性是否會提高其對入侵植物的抵抗力(Oikos, 2017)-多復合變量實現
專題6:局域估計SEM -piecewiseSEM及生態學領域高階應用
(1)piecewiseSEM對內生變量為二項及泊松分布數據的分析
(2)案例1:氣候波動對海草床生態系統食物網結構影響-數據分層和嵌套、時間和空間自相關對結果影響
(3)案例2:物種屬性、社會性進化特征對海蝦領域范圍和多度影響-系統發育相關修正
(4)案例3-5:分組數據、交互作用、非線性關系等piecewiseSEM實現(實例數據同專題3)
課后練習案例:人類活動、環境條件、物種屬性對動物領域大小相對貢獻-分組分析和分類變量處理
專題7:貝葉斯SEM在生態學領域應用
(1)貝葉斯(bayes)方法簡介
(2)R語言貝葉斯SEM實現程序包blavaan和brms介紹
(3)案例1:氣候及生態位重疊程度對田鼠物種豐富度影響:模型比較、直接和間接效應計算(blavaan)
(4)案例2:火燒后對植被恢復影響因素-模型擬合、模型比較和評估(brms)
課后練習案例:生物地理歷史因素對北半球森林的初級生產力的影響(brms)