शोध प्रविधि IV: प्रायोगिक अभिकल्पनाएँ — वैधता और उसके ख़तरे, एकमार्गी और क्रमगुणित ANOVA, यादृच्छिक खंड, पुनरावृत्त माप और लैटिन वर्ग अभिकल्पनाएँ, कोहॉर्ट और काल-श्रेणी अध्ययन, MANOVA, ANCOVA और एकल-विषय अभिकल्पनाएँ
1. वैधता और उसके ख़तरे
आर. ए. फ़िशर के प्रायोगिक अभिकल्पना के तीन सिद्धांत हैं यादृच्छिकीकरण, पुनरावृत्ति और स्थानीय नियंत्रण (खंडीकरण)। कुक और कैंपबेल चार प्रकार की वैधता अलग करते हैं: आंतरिक (क्या IV ने परिवर्तन उत्पन्न किया?), बाह्य (क्या यह सामान्यीकृत होता है?), संरचना (क्या संक्रियाएँ अभिप्रेत संरचनाओं का प्रतिनिधित्व करती हैं?) और सांख्यिकीय निष्कर्ष वैधता (क्या सांख्यिकी उपयुक्त और पर्याप्त शक्तिशाली थी?)। कैंपबेल और स्टैनली (1963) ने आंतरिक वैधता के आठ ख़तरे गिनाए:
| ख़तरा | क्या होता है |
|---|---|
| इतिहास | पूर्व-परीक्षण और पश्च-परीक्षण के बीच कोई बाहरी घटना DV को प्रभावित करती है। |
| परिपक्वता | सहभागी समय के साथ स्वाभाविक रूप से बदलते हैं — बढ़ना, थकना, भूखा होना। |
| परीक्षण | पूर्व-परीक्षण देना स्वयं पश्च-परीक्षण अंकों को बदल देता है (अभ्यास, संवेदीकरण)। |
| उपकरण | मापन उपकरण या प्रेक्षक मापनों के बीच बदल जाते हैं। |
| सांख्यिकीय प्रतिगमन | चरम अंकों के आधार पर चुने गए समूह पुनर्परीक्षण पर माध्य की ओर खिसकते हैं। |
| चयन | समूह उपचार से पहले ही भिन्न हैं क्योंकि वे यादृच्छिक रूप से नहीं बने। |
| प्रायोगिक मृत्यु (क्षय) | समूहों से भिन्न-भिन्न दर पर सहभागियों का हटना। |
| चयन–परिपक्वता अंतःक्रिया | अतुल्य समूह भिन्न दरों पर परिपक्व होते हैं। |
उनकी अभिकल्पनाएँ तीन परिवारों में आती हैं। पूर्व-प्रायोगिक: एक-बार का व्यक्ति अध्ययन, एक-समूह पूर्व-परीक्षण–पश्च-परीक्षण अभिकल्पना और स्थिर-समूह तुलना — सभी अधिकांश ख़तरों के प्रति असुरक्षित। वास्तविक प्रायोगिक: पूर्व-परीक्षण–पश्च-परीक्षण नियंत्रण-समूह अभिकल्पना, केवल-पश्च-परीक्षण नियंत्रण-समूह अभिकल्पना और सोलोमन चार-समूह अभिकल्पना, जो स्वयं पूर्व-परीक्षण के प्रभाव को मापने हेतु बिना पूर्व-परीक्षण वाले समूह जोड़ती है। अर्ध-प्रायोगिक: काल-श्रेणी और अतुल्य नियंत्रण-समूह अभिकल्पनाएँ, जब यादृच्छिक आवंटन असंभव हो।
2. एकमार्गी और क्रमगुणित ANOVA
प्रसरण विश्लेषण (फ़िशर) एक ही परीक्षण में तीन या अधिक माध्यों की तुलना करता है, अनेक t-परीक्षणों से होने वाली प्रथम प्रकार की त्रुटि की स्फीति से बचते हुए: α = 0.05 पर तीन t-परीक्षणों में कम से कम एक मिथ्या धनात्मक की संभावना 1 − 0.95³ ≈ 0.14 है। कुल वर्ग-योग को समूहों-के-बीच और समूहों-के-भीतर भागों में बाँटा जाता है, SS_T = SS_B + SS_W, हर एक को उसकी स्वातंत्र्य कोटियों से भाग देकर माध्य वर्ग मिलता है, और F = MS_B ÷ MS_W। यदि H₀ सत्य है तो F लगभग 1 होता है। सार्थक F केवल इतना कहता है कि कुछ माध्य भिन्न हैं; पश्च-परीक्षण (ट्यूकी का HSD, शेफ़े, बॉनफ़ेरोनी) बताते हैं कि कौन-से। ANOVA सामान्यता, प्रसरण की समरूपता (लेवीन परीक्षण) और स्वतंत्रता मानता है।
| स्रोत | SS | df | MS | F |
|---|---|---|---|---|
| समूहों के बीच | 40 | k − 1 = 2 | 40 ÷ 2 = 20 | 20 ÷ 5 = 4.0 |
| समूहों के भीतर | 60 | N − k = 12 | 60 ÷ 12 = 5 | — |
| कुल | 100 | N − 1 = 14 | — | — |
क्रमगुणित अभिकल्पना दो या अधिक IV को इस प्रकार क्रॉस करती है कि एक का हर स्तर दूसरे के हर स्तर के साथ आए: 2 × 3 अभिकल्पना में छह कोष्ठ हैं। यह हर कारक हेतु एक मुख्य प्रभाव और एक अंतःक्रिया देती है — एक कारक का प्रभाव दूसरे के स्तर पर निर्भर करता है, जो आलेख में असमानांतर रेखाओं के रूप में दिखता है। जब अंतःक्रिया सार्थक हो, तो मुख्य प्रभावों की व्याख्या सावधानी से करनी चाहिए। स्वातंत्र्य कोटियाँ: A की a − 1, B की b − 1, A × B अंतःक्रिया की (a − 1)(b − 1), और कोष्ठ-भीतर त्रुटि की N − ab। 10 प्रति कोष्ठ (N = 60) वाली 2 × 3 अभिकल्पना में: df_A = 1, df_B = 2, df_A×B = 2 और df_within = 54।
3. यादृच्छिक खंड, पुनरावृत्त माप और लैटिन वर्ग अभिकल्पनाएँ
| अभिकल्पना | यह कैसे काम करती है | यह किसे नियंत्रित करती है |
|---|---|---|
| यादृच्छिक खंड | सहभागियों को पहले किसी बाधक चर (उदाहरणार्थ IQ पट्टियाँ) पर समरूप खंडों में समूहित किया जाता है, फिर हर खंड के भीतर उपचारों में यादृच्छिक रूप से आवंटित। | खंड चर के प्रसरण को त्रुटि पद से हटाती है, परिशुद्धता बढ़ाते हुए — फ़िशर का "स्थानीय नियंत्रण"। |
| पुनरावृत्त माप (विषय-भीतर) | वही सहभागी हर स्थिति का अनुभव करते हैं। | वैयक्तिक भेद, क्योंकि हर व्यक्ति स्वयं का नियंत्रण है; कम सहभागी चाहिए और अधिक शक्ति है। इसकी क़ीमत क्रम प्रभाव (अभ्यास, थकान, अग्रवहन) हैं, जो प्रति-संतुलन से नियंत्रित होते हैं, और गोलीयता मान्यता (मॉकली परीक्षण; ग्रीनहाउस–गाइसर संशोधन)। |
| लैटिन वर्ग | k × k व्यवस्था जिसमें हर उपचार हर पंक्ति (उदाहरणार्थ सहभागी समूह) में और हर स्तंभ (उदाहरणार्थ क्रम स्थिति) में ठीक एक बार आता है। | एक साथ दो बाधक चर, और क्रम प्रभाव केवल k अनुक्रमों से, k! के बजाय — चार स्थितियों हेतु 24 के बजाय 4 क्रम। |
स्थितियों A, B, C और D हेतु 4 × 4 लैटिन वर्ग पंक्तियों ABCD, BCDA, CDAB और DABC के साथ लिखा जा सकता है: हर अक्षर हर स्थिति में एक बार आता है। एक संतुलित लैटिन वर्ग अतिरिक्त रूप से सुनिश्चित करता है कि हर स्थिति हर अन्य स्थिति से ठीक पहले समान बार आए, जो सरल अग्रवहन को नियंत्रित करता है।
4. कोहॉर्ट अध्ययन, काल श्रेणी, MANOVA और ANCOVA
- कोहॉर्ट अध्ययन किसी परिभाषक अनुभव (प्रायः जन्म-वर्ष) को साझा करने वाले समूह का समय के साथ, भावी रूप से, अनुसरण करते हैं। आयु-समूहों की अनुप्रस्थ तुलनाएँ आयु को कोहॉर्ट प्रभावों से भ्रमित करती हैं; अनुदैर्ध्य अध्ययन आयु को मापन-समय से भ्रमित करते हैं। शाई की कोहॉर्ट-अनुक्रमिक (अनुक्रमिक) अभिकल्पनाएँ आयु, कोहॉर्ट और समय प्रभावों को अलग करने हेतु कई कोहॉर्टों का अनुदैर्ध्य अनुसरण करती हैं।
- काल-श्रेणी अभिकल्पनाएँ हस्तक्षेप से पहले और बाद में अनेक मापन लेती हैं; बाधित काल श्रेणी हस्तक्षेप के बिंदु पर स्तर या ढाल में परिवर्तन देखती है। यह अर्ध-प्रायोगिक है, और इसकी मुख्य दुर्बलता इतिहास है।
- MANOVA (बहुचर ANOVA) एक साथ दो या अधिक आश्रित चरों पर समूह-अंतरों का परीक्षण करता है, उनके अंतर्सहसंबंधों को ध्यान में रखते हुए और उस प्रथम प्रकार की त्रुटि को नियंत्रित करते हुए जिसे पृथक ANOVA बढ़ाते; इसकी परीक्षण सांख्यिकियाँ विल्क्स का लैम्डा, पिलाई का ट्रेस, होटेलिंग का ट्रेस और रॉय का सबसे बड़ा मूल हैं।
- ANCOVA (सहप्रसरण विश्लेषण) उपचार से पहले मापे गए किसी सहचर — प्रायः पूर्व-परीक्षण — हेतु सांख्यिकीय समायोजन के बाद किसी DV पर समूह-माध्यों की तुलना करता है। यह त्रुटि प्रसरण घटाता है (अधिक शक्ति) और पूर्व-विद्यमान समूह-अंतरों हेतु समायोजन करता है। यह रैखिक सहचर–DV संबंध और समूहों के आर-पार समाश्रयण ढालों की समरूपता मानता है।
5. एकल-विषय अभिकल्पनाएँ
एकल-विषय (लघु-N) अभिकल्पनाएँ, जिनकी जड़ें स्किनर के व्यवहार के प्रायोगिक विश्लेषण में हैं, बार-बार मापन के साथ एक सहभागी का गहन अध्ययन करती हैं। सहभागी स्वयं का नियंत्रण होता है, एक स्थिर आधाररेखा चरण (A) की उपचार चरण (B) से तुलना करते हुए। परिणाम प्रायः चरणों के आर-पार स्तर, प्रवृत्ति और परिवर्तिता में परिवर्तनों के दृश्य विश्लेषण से आँके जाते हैं।
| अभिकल्पना | तर्क |
|---|---|
| A-B | आधाररेखा फिर उपचार; दुर्बल, क्योंकि कोई भी परिवर्तन इतिहास के कारण हो सकता है। |
| A-B-A (उत्क्रमण/प्रत्याहार) | उपचार हटा लिया जाता है; यदि व्यवहार आधाररेखा पर लौटता है, तो उपचार उत्तरदायी सिद्ध होता है। |
| A-B-A-B | उपचार पुनः आरंभ करती है, उपचार चरण पर समाप्त होते हुए — नैतिक रूप से श्रेयस्कर और दोहरा प्रदर्शन। |
| बहु-आधाररेखा | उपचार व्यवहारों, परिवेशों या सहभागियों के आर-पार क्रमिक समयों पर आरंभ किया जाता है; हर एक में उपचार आरंभ होने पर ही होने वाला परिवर्तन प्रमाण है। तब प्रयुक्त जब व्यवहार को उलटा न जा सके या न जाना चाहिए। |
| परिवर्तनशील निकष | पुनर्बलन हेतु निष्पादन निकष को चरणों में बढ़ाया जाता है, और व्यवहार हर नए निकष का अनुसरण करता है। |
| प्रत्यावर्ती उपचार | दो या अधिक उपचारों की एक सहभागी के भीतर तुलना हेतु उन्हें तेज़ी से बारी-बारी दिया जाता है। |
मुख्य बिंदु
- फ़िशर के सिद्धांत यादृच्छिकीकरण, पुनरावृत्ति और स्थानीय नियंत्रण हैं; कैंपबेल और स्टैनली के आंतरिक वैधता के आठ ख़तरे इतिहास, परिपक्वता, परीक्षण, उपकरण, प्रतिगमन, चयन, मृत्यु और चयन–परिपक्वता अंतःक्रिया हैं।
- एकमार्गी ANOVA: F = MS_B ÷ MS_W, df k − 1 और N − k के साथ; η² = SS_B ÷ SS_T; पश्च-परीक्षण अंतरों को स्थित करते हैं।
- क्रमगुणित अभिकल्पनाएँ मुख्य प्रभाव और अंतःक्रियाएँ देती हैं (df (a − 1)(b − 1)); मुख्य प्रभावों से पहले अंतःक्रिया की व्याख्या कीजिए।
- यादृच्छिक खंड एक बाधक चर हटाते हैं, पुनरावृत्त माप क्रम प्रभावों की क़ीमत पर वैयक्तिक भेद हटाते हैं, और लैटिन वर्ग k स्थितियों को k क्रमों में प्रति-संतुलित करता है।
- MANOVA कई DV सँभालता है, ANCOVA एक DV को सहचर हेतु समायोजित करता है, कोहॉर्ट-अनुक्रमिक अभिकल्पनाएँ आयु को कोहॉर्ट से अलग करती हैं, और एकल-विषय अभिकल्पनाएँ (A-B-A-B, बहु-आधाररेखा) एक व्यक्ति को स्वयं का नियंत्रण बनने देती हैं।
अभ्यास प्रश्न (10)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
पाँच-पाँच सहभागियों के तीन समूहों वाले एकमार्गी ANOVA में SS बीच = 40 और SS भीतर = 60 है। F अनुपात क्या है? एक संख्या लिखिए।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 4
df बीच = k − 1 = 2 और df भीतर = N − k = 15 − 3 = 12। MS बीच = 40 ÷ 2 = 20 और MS भीतर = 60 ÷ 12 = 5, अतः F = 20 ÷ 5 = 4। यह 0.05 स्तर पर क्रांतिक F(2, 12) 3.89 से अधिक है।उसी ANOVA में (SS बीच = 40, SS भीतर = 60), प्रभाव आकार ईटा वर्ग (η²) क्या है? एक संख्या लिखिए।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.4
η² = SS बीच ÷ SS कुल = 40 ÷ (40 + 60) = 0.4: समूह सदस्यता DV के प्रसरण के 40 प्रतिशत की व्याख्या करती है, कोहेन के 0.14 के मानदंड से एक बड़ा प्रभाव।एक 3 × 4 क्रमगुणित ANOVA में अंतःक्रिया पद की कितनी स्वातंत्र्य कोटियाँ हैं? एक संख्या लिखिए।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 6
अंतःक्रिया की (a − 1)(b − 1) = (3 − 1)(4 − 1) = 2 × 3 = 6 स्वातंत्र्य कोटियाँ हैं; मुख्य प्रभावों की 2 और 3।एक शोधकर्ता उन्हीं सहभागियों की चिंता, अवसाद और तनाव (तीन आश्रित चर) का आकलन करता है और तीन चिकित्सा समूहों की तीनों पर एक साथ तुलना करता है। उपयुक्त विश्लेषण है:
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उत्तर: A — MANOVA
एक ही विश्लेषण में समूहों के आर-पार तुलना किए गए कई सहसंबद्ध आश्रित चर MANOVA माँगते हैं। ANCOVA एक DV को सहचर हेतु समायोजित करता है, क्रुस्कल-वालिस एक-DV अप्राचलिक परीक्षण है, और काई-वर्ग बारंबारताओं का परीक्षण करता है।कौन-सी मान्यता ANCOVA के लिए विशिष्ट है?
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उत्तर: C — समाश्रयण ढालों की समरूपता
ANCOVA हर समूह को एक संयुक्त समाश्रयण रेखा से समायोजित करता है, अतः सहचर–DV ढाल हर समूह में समान होनी चाहिए। गोलीयता पुनरावृत्त-माप ANOVA की है; स्वतंत्रता और सामान्यता सामान्यतः ANOVA पर लागू होती हैं।ऐसी अभिकल्पना जिसमें चार उपचारों में से हर एक हर पंक्ति में एक बार और हर स्तंभ में एक बार आता है, ताकि क्रम स्थिति और सहभागी समूह दोनों नियंत्रित हों:
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उत्तर: D — लैटिन वर्ग अभिकल्पना
लैटिन वर्ग k उपचारों को k × k ग्रिड में हर पंक्ति और स्तंभ में एक बार रखता है, दो बाधक चरों को नियंत्रित करते हुए। सोलोमन अभिकल्पना पूर्व-परीक्षण संवेदीकरण को नियंत्रित करती है, बहु-आधाररेखा एकल-विषय अभिकल्पना है, और स्थिर-समूह तुलना पूर्व-प्रायोगिक है।निम्न में से कौन-से कैंपबेल और स्टैनली द्वारा सूचीबद्ध आंतरिक वैधता के ख़तरे हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।
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उत्तर: A — प्रायोगिक मृत्यु; B — सांख्यिकीय प्रतिगमन; C — परिपक्वता
माध्य की ओर प्रतिगमन, परिपक्वता और भिन्न-भिन्न हटाव (मृत्यु) सभी आठ की सूची में हैं। यादृच्छिक आवंटन चयन जैसे ख़तरों का मुख्य उपचार है, कोई ख़तरा नहीं।एक चिकित्सक दिखाना चाहता है कि एक टोकन कार्यक्रम बच्चे के आत्म-क्षति व्यवहार को नियंत्रित करता है, पर प्रभावी हो जाने के बाद उपचार हटाना अनैतिक मानता है। सबसे उपयुक्त अभिकल्पना है:
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उत्तर: B — परिवेशों के आर-पार बहु-आधाररेखा अभिकल्पना
बहु-आधाररेखा अभिकल्पना उपचार को कभी हटाए बिना क्रमिक समयों पर आरंभ करके नियंत्रण प्रदर्शित करती है। A-B-A अभिकल्पना हटाने पर निर्भर है, एक-बार के व्यक्ति अध्ययन में कोई तुलना नहीं, और समूह अभिकल्पना एक बच्चे पर लागू नहीं होती।अभिकथन (A): भिन्न आयु-समूहों की अनुप्रस्थ तुलनाएँ कोहॉर्ट अंतरों को आयु अंतर समझने की भूल कर सकती हैं। कारण (R): अनुदैर्ध्य अभिकल्पना एक ही कोहॉर्ट का अनुसरण करती है और इसलिए आयु के प्रभावों को मापन-समय के प्रभावों से अलग नहीं कर सकती। सही विकल्प चुनिए।
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उत्तर: B — A और R दोनों सत्य हैं, पर R, A की सही व्याख्या नहीं है
दोनों सत्य हैं, पर R, A की व्याख्या नहीं करता। A अनुप्रस्थ अभिकल्पना के बारे में है (आयु कोहॉर्ट से भ्रमित); R अनुदैर्ध्य अभिकल्पना की एक भिन्न दुर्बलता बताता है (आयु मापन-समय से भ्रमित)। शाई की अनुक्रमिक अभिकल्पनाएँ दोनों को संबोधित करती हैं।कौन-सी अभिकल्पना स्वयं पूर्व-परीक्षण के प्रभाव को मापने हेतु क्लासिक पूर्व-परीक्षण–पश्च-परीक्षण नियंत्रण-समूह अभिकल्पना में बिना पूर्व-परीक्षण वाले दो समूह जोड़ती है?
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उत्तर: D — सोलोमन चार-समूह अभिकल्पना
सोलोमन चार-समूह अभिकल्पना पूर्व-परीक्षण (हाँ/नहीं) को उपचार (हाँ/नहीं) से क्रॉस करती है, ताकि परीक्षण प्रभाव और उपचार के साथ उसकी अंतःक्रिया आकलित हो सके। अन्य पूर्व-परीक्षण का परिचालन नहीं करतीं।