共分散構造分析・とは?初心者向けガイドで理解を深めよう共起語・同意語・対義語も併せて解説!

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共分散構造分析・とは?初心者向けガイドで理解を深めよう共起語・同意語・対義語も併せて解説!
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高岡智則

年齢:33歳 性別:男性 職業:Webディレクター(兼ライティング・SNS運用担当) 居住地:東京都杉並区・永福町の1LDKマンション 出身地:神奈川県川崎市 身長:176cm 体系:細身〜普通(最近ちょっとお腹が気になる) 血液型:A型 誕生日:1992年11月20日 最終学歴:明治大学・情報コミュニケーション学部卒 通勤:京王井の頭線で渋谷まで(通勤20分) 家族構成:一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹 恋愛事情:独身。彼女は2年いない(本人は「忙しいだけ」と言い張る)


共分散構造分析・とは?

共分散構造分析とは、複数の変数の関係性を同時に分析する統計手法です。データの中に現れる変数同士のつながりを、潜在変数と呼ばれる見えない要素を使って説明することが多いです。

この手法は 構造方程式モデリング(SEM)と呼ばれることもあり、観測変数潜在変数の関係を同時に推定します。SEMは、測定モデルと構造モデルの2つの部分で成り立っています。測定モデルは観測可能なデータがどの程度潜在変数を説明しているかを示し、構造モデルは変数間の因果関係を表します。

まずは基本的な用語を押さえましょう。潜在変数は直接測定できない概念(例: 「学習意欲」「満足感」など)を指します。観測変数は実際に手元のデータとして測定できる値です。測定モデルにおいて、潜在変数と観測変数の結びつきがどれくらい強いかを表すのが「因子負荷量」です。

SEMを使う場面としては、教育・心理・マーケティング・社会科学など、複数の要素が複雑に絡み合う現象を理解したいときが多いです。実際の研究では、仮説としてのモデル図を描き、データを集め、最尤推定などの手法でモデルを推定します。推定が終わると、適合度指標を使ってデータにどれだけ合っているかを判断します。代表的な指標には CFIRMSEASRMR、そしてカイ二乗検定の値が含まれます。

ここで簡単な例を挙げます。潜在変数 学習能力 が観測変数 テスト点数宿題提出率授業参加度 を説明するモデルを考えます。また別の潜在変数 動機づけテスト点数 にも影響を与えるとします。このようなモデルを描き、データを使って推定し、適合度を評価します。適合度が高ければ「この仮説モデルはデータとよく合っている」と判断します。

モデルを良くするコツとしては、十分なサンプルサイズを確保すること、測定の信頼性を高めること、理論に基づく仮説図を明確に描くことが挙げられます。サンプルが少ないと、推定値が不安定になりやすく、適合度指標の解釈も難しくなります。

この記事のまとめとして、共分散構造分析・とは?は、複数の変数の関係を同時に捉え、潜在変数と観測変数の関係を測定しつつ、因果関係の仮説を検証する強力な統計手法です。初心者の方は、まず測定モデルと構造モデルの違いを理解し、簡単なモデルから練習するのがおすすめです。

<th>用語
意味
潜在変数直接観測できない概念を表す仮想の変数
観測変数データとして観測できる実測値
測定モデル潜在変数と観測変数の関係を表す部分
構造モデル変数間の因果関係を表す部分
適合度指標モデルのデータ適合具合を評価する指標

共分散構造分析の同意語

構造方程式モデリング
共分散構造分析と同義の統計手法。潜在変数と観測変数の関係を同時に推定する手法です。
構造方程式分析
SEMと同義の表現。潜在変数と観測変数の関係を推定する分析手法です。
構造方程式モデル
SEMで用いられるモデルのこと。因果関係の枠組みを表す設計図のようなものです。
共分散構造分析法
共分散構造分析を指す表現。観測データの共分散を基にモデルを推定する手法です。
構造方程式モデリング
SEMを実践するための分析法の呼び方。実務寄りの表現です。
SEM
Structural Equation Modeling の略。潜在変数と観測変数の関係を同時に推定する統計手法を指します。

共分散構造分析の対義語・反対語

単変量分析
1つの変数だけを独立に分析する方法。共分散構造分析が複数変数の関係性や潜在変数を推定するのに対して、単変量分析は変数間の関係性を前提とせず、々の変数の分布や特性を把握します。
記述統計
データの要約と可視化、基本統計量の算出など、データの特徴を説明する手法。推定された構造や因果関係は扱いません。
相関分析
変数間の線形関係の強さを測る分析。共分散構造分析のような潜在変数や因果構造の推定は行いません。
探索的データ分析 (EDA)
データのパターンを探索し仮説を生成するアプローチ。事前のモデル仮説を必須とせず、データ主導で洞察を得ます(SEM 的な検証は行いません)。
単純回帰分析
1つの説明変数と1つの目的変数の関係を直線でモデル化する手法。複雑な多変量の潜在構造や因果経路の推定は含みません。
観測変数のみの分析
観測された変数だけを用いて分析する方法。潜在変数を仮定・推定する共分散構造分析とは異なり、観測データの直接的な関係に焦点を当てます。
非構造的推定
潜在変数や構造を事前に仮定せず、データの関係を非構造的に推定するアプローチ。共分散構造分析のような仮説に基づく構造推定とは異なります。

共分散構造分析の共起語

構造方程式モデル
観測変数と潜在変数の関係を数式で表す総合的な統計モデル。測定モデルと構造モデルを組み合わせて用います。
因子分析
潜在因子が観測変数の共分散を説明するモデルの一種で、データの背後にある因子構造を探します。
潜在変数
直接観測できない概念を表す変数。SEMの中心となる因子です。
観測変数
実際に測定・観察される変数。
共分散
二つ以上の変数が同時にどう変動するかを示す統計量。
相関
二変数の線形関係の強さと方向を示す指標。-1から1の範囲で表現されます。
誤差項
測定誤差やモデルに含まれない影響を表す成分。
因子負荷量
潜在因子が観測変数に及ぼす影響の強さを表す指標。値が大きいほど因子との関連が強いです。
路徑係数
構造方程式モデル内の因果関係の係数。変数間の影響の大きさを示します。
測定モデル
観測変数と潜在変数の関係を表す部分モデル。どの観測指標がどの因子を測るかを規定します。
構造モデル
潜在変数間の因果関係を表す部分モデル。因果の方向と強さを示します。
最尤推定
データが得られる確率を最大化する推定法。SEMでよく使われます。
最小二乗法
残差の二乗和を最小にする推定法。前提がそろえば使われます。
推定量
推定されたパラメータの値。非標準化推定量と標準化推定量があります。
非標準化推定量
元の尺度の推定量。比較は難しくないが解釈が直感的です。
標準化推定量
変数の単位を取り除いた推定量。比較がしやすいです。
適合度指標
モデルがデータにどれくらい適合しているかを示す指標の総称。
RMSEA
近似誤差の平方根平均。小さいほど良い適合を示します。
CFI
比較適合度指数。0〜1の値で、1に近いほど良い適合を示します。
TLI
Tucker-Lewis Index。CFIに似た適合度指標です。
SRMR
標準化二乗残差の平均。値が小さいほど良い適合を示します。
カイ二乗検定
モデルの適合度を評価する検定。大きなサンプルで敏感になることがあります。
欠測データ
データが欠如している状態。推定に影響します。
多重代入法
欠測データを複数回補完して分析の不確実性を反映させる手法。
LISREL
SEMを実行できる古典的な統計ソフトの一つ。
AMOS
SEMをグラフィカルに扱える統合ソフトウェア。
Mplus
SEMを含む高度な統計分析ソフトウェア。
lavaan
RのSEMパッケージ。柔軟で使いやすいと評判です。
パス図
変数間の因果関係を矢印で表す図。モデルの可視化に欠かせません。
観測指標
観測変数の別名。観測される指標を指します。
因果関係
変数間の因果的な影響。SEMはこれを推定します。
直接効果
ある変数が別の変数に直接及ぼす影響。
間接効果
媒介変数を介した影響。総効果の一部として解釈します。
効果分解
総効果を直接効果と間接効果に分解して理解します。
モデル同定
パラメータを一意に推定できる条件が満たされているかという判断。
欠測データ処理
欠測データの扱い方。多重代入や完全情報最大尤度など。
多変量正規分布
SEM推定の前提としてよく仮定される分布。データが正規に近いほど推定が安定します。
データ前処理
データの整形、欠測処理、正規性チェックなどの事前処理。
サンプルサイズ
推定の安定性に影響するデータ量。大きいほど信頼性が高まります。
正規性
データが正規分布に従うかどうか。推定法の前提として重要です。
ロバスト推定
非正規性や外れ値に強い推定法。データの特性に応じて使います。

共分散構造分析の関連用語

構造方程式モデル
観測変数と潜在変数の関係を同時に推定する統計モデル。測定モデルと構造モデルを統合して、因果関係と測定の構造を同時に検討します。
測定モデル
観測変数と潜在変数の関係を表す部分。因子負荷量と測定誤差を含み、潜在概念を指標へ結びつけます。
構造モデル
潜在変数同士の因果関係を表す部分。回帰係数で表現され、因果方向を仮定します。
潜在変数
直接観測できない概念を表す変数。例: 動機づけ、満足度、自己効力感
観測変数
実際に測定される変数(指標)。潜在変数を推定するためのデータとなります。
因子負荷量
潜在変数と観測変数の関係の強さを表す回帰係数。値が大きいほど指標が潜在変数をよく表します。
観測誤差
観測変数の測定誤差を表す。測定モデルの誤差項として含めます。
誤差項
観測変数の特定のばらつきを表すパラメータ。測定誤差を含みます。
外生変数
モデル内で他の変数から影響を受けず、因果的に影響を与えると仮定する変数。
内生変数
他の変数から影響を受け、モデル内で結果として現れる変数。
パス係数
構造モデルの回帰係数。潜在変数間の影響の強さを示します。
直接効果
ある変数が別の変数に直接及ぼす影響。
間接効果
介在する変数を経由して生じる影響。
全効果
直接効果と間接効果の合計。
パス図
矢印とノードでモデルの関係を可視化した図。
測定不変性
複数グループで測定が同じ意味を持つかを検証する前提。
構成的不変性
グループ間で因子構造が同じであることを示す不変性。
尺度不変性
因子荷重が等しいか(Metric invariance)という不変性。
カラー不変性
切片が等しいか(Scalar invariance)という不変性。
多母集団SEM
複数グループを同時に扱い、グループ間の差を検証する手法。
縦断SEM / 成長曲線モデル
時間経過に伴う変化をモデル化する拡張型。
欠測データ
データが欠けている状態。欠測データの扱いがSEMの要点。
欠測データ処理
欠測値への適切な対処法。FIMLや複数代入など。
FIML
Full Information Maximum Likelihood。欠測データを前提に全データを用いて推定。
ブートストラップ
再サンプリングを用いて推定の信頼区間を求める手法。
ロバスト推定
分布の仮定が厳しくない推定法。外れ値や非正規性に強い。
MLR
Robust Maximum Likelihood。標準誤差をロバストにする推定法。
最尤法
一般にMLEのこと。パラメータを尤度最大化で推定。
PLS-SEM
部分最小二乗法ベースのSEM。小規模データや非正規分布に対応。
標準化解
推定結果を標準化した解。係数は標準偏差単位で解釈。
非標準化解
元の測定スケールで表現された解。単位依存。
フィット指標
モデル適合度を評価する指標群の総称。
カイ二乗検定
モデル適合度を評価する伝統的な統計検定。
自由度
モデルの自由度。推定可能性と適合度評価に用いる。
CFI
Comparative Fit Index。大きいほど適合良好とされる指標。
TLI / NNFI
Tucker-Lewis Index。適合度の追加指標。
RMSEA
Root Mean Square Error of Approximation。小さいほど良い適合度。
SRMR
Standardized Root Mean Square Residual。小さいほど良い適合度。
GFI / AGFI
Goodness-of-Fit Index / Adjusted GFI。古典的適合度指標。
モデル適合度
データが仮定したモデルにどれだけ合っているかの総合評価
モデル修正指標
MI(Modification Indices)など、モデル改善の手掛かり。
検証 / 検定
仮説の検証と統計的検定の総称。
AVE
Average Variance Extracted。収束妥当性の指標として潜在変数の説明力を示す。
Composite Reliability
複合信頼性。測定モデルの内部整合性を示す。
収束
推定過程が収束してパラメータが確定すること。
識別可能性
パラメータを一意に推定できる条件が満たされているか。
サンプルサイズ要件
SEMの推定に適切なデータ量が確保されているか。
検定力
統計的検出力。効果を検出できる能力。
正規性
データが正規分布に近いほど、MLE等の前提が妥当となることが多い。
欠測データの前処理
欠測データを前処理する方針や手法。
データ前処理
データの欠損・外れ値処理、正規化などの準備。
統計ソフトウェア名
SEMを実行する主要ソフトウェアの総称。例: LISREL、AMOS、Mplus、lavaan、EQS。
LISREL
長い歴史を持つSEMソフトウェア
AMOS
グラフィカルなSEMソフトウェア
Mplus
柔軟なモデル表現が可能なSEMソフト
lavaan
RのSEMパッケージ。柔軟で広く利用。
EQS
古典的なSEMソフトの一つ。
パラメータの解釈
推定された係数の意味を解釈する作業。

共分散構造分析のおすすめ参考サイト


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